Author : Darwin Agunos
Last Updated : 03/09/2020
The purpose of this notebook is to gain an understanding of Hepatocellural Carcinoma (HCC) and perform machine learning algorithms on a real-clinical dataset to predict survivors of patients diagnosed with HCC
Liver cancer is the sixth most frequently diagnosed cancer, and, particularly Hepatocellular Carcinoma (HCC) represents more than 90% of primarily liver cancers. Clinicians assess each patient's treatment on the bases of evidence-based medicine, which may or may not apply to a specific patient, given biological variability among individuals. Over the years, research studies have been developing strategies for assisting clinicians in decising making using computational methods to extract knowledge from the clinical data. However, some of these studies have limitations that have not been addressed yet such as the presence of missing data or the heterogeneity between patients.
This work aims to tackle these limitations.
HCC dataset was obtained at a University Hospital in Portugal and contains several demographic, risk factors, laboratory and overall survival features of 165 real patients diagnosed with HCC. The dataset contains 49 features (found below) selected according to the EASL-EORTC (European Association for the Study of the Liver - European Organisation for Research and Treatment of Cancer) Clinical Practice Guidelines, which are the current state-of-the-art on the management of HCC.
This is an heterogeneous dataset, with 23 quantitative variables, and 26 qualitative variables. Overall, missing data represents 10.22% of the whole dataset and only eight patients have complete information in all fields (4.85%). The target variables is the survival at 1 year, and was encoded as a binary variable: 0 (dies) and 1 (lives). A certain degree of class-imbalance is also present (63 cases labeled as 0 and 102 as 1).
A detailed description of the HCC dataset (feature's type/scale, range, mean/mode and missing data percentages) is provided in Santos et al. A new cluster-based oversampling method for improving survival prediction of hepatocellular carcinoma patients, Journal of biomedical informatics, 58, 49-59, 2015.
Donors:
Miriam Seoane Santos: Department of Informatics Engineering, Faculty of Sciences and Technology, University of Coimbra (miriams '@' student.dei.uc.pt)
Pedro Henriques Abreu: Department of Informatics Engineering, Faculty of Sciences and Technology, University of Coimbra (pha '@' dei.uc.pt)
Armando Carvalho: Internal Medicine Service, Hospital and University Centre of Coimbra (aspcarvalho '@' gmail.com)
Adelia Simao: Internal Medicine Service, Hospital and University Centre of Coimbra (adeliasimao '@' gmail.com)
| Prognostic Factors | Description | Type/Scale | Range | Mean or Mode | Missingness (%) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Gender | Gender (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 1 | 0 | ||||
| Symptoms | Symptons (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 1 | 10.91 | ||||
| Alcohol | Alcohol (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 1 | 0 | ||||
| HBsAg | Hepatitis B Surface Antigen (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 10.3 | ||||
| HBeAg | Hepatitis B e Antigen (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 23.64 | ||||
| HBcAb | Hepatitis B Core Antibody (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 14.55 | ||||
| HCVAb | Hepatitis C Virus Antibody (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 5.45 | ||||
| Cirrhosis | Degenerative disease of the liver (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 1 | 0 | ||||
| Endemic Countries | Relating to the Country (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 23.64 | ||||
| Smoking | Does the patient smoke? (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 1 | 24.85 | ||||
| Diabetes | Is the patient diabetic? (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 1.82 | ||||
| Obesity | Is the patient obese (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 6.06 | ||||
| Hemochromatosis | Disorder where too much iron builds up in your body(nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 13.94 | ||||
| AHT | Arterial Hypertension (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 1.82 | ||||
| CRI | Chronic Renal Insufficiency(nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 1.21 | ||||
| HIV | Human Immunodeficiency Virus (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 8.48 | ||||
| NASH | Nonalcoholic Steatohepatitis (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 13.33 | ||||
| Esophageal Varices | Presence of abnormal, dilated veins in the food pipe (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 1 | 31.52 | ||||
| Splenomegaly | Enlarged spleen(nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 1 | 9.03 | ||||
| Portal Hypertension | Increase of blood pressure within a system of veins (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 1 | 6.67 | ||||
| Portal Vein Thrombosis | Blood clot of the portal vein(nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 1 | 1.82 | ||||
| Liver Metasis | Cancerous tumor that has spread to the liver from a cancer that started in another place in the body (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 2.42 | ||||
| Radiological Hallmark | Radiological Characteristic Present (nominal) | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 1.21 | ||||
| Age at diagnosis | Age of diagnosis (integer) | Quantitative/ratio | 20-93 | 64.69 | 0 | ||||
| Grams/day | Grams of Alcohol per day(continuous) | Quantitative/ratio | 0-500 | 71.01 | 29.09 | ||||
| Packs/year | Packs of cigarettes per year (continuous) | Quantitative/ratio | 0-510 | 20.46 | 32.12 | ||||
| Performance Status | Performance status (ordinal) | Qualitative/ordinal | 0,1,2,3,4 | 0 | 0 | ||||
| Encefalopathy | Medical term used to describe disease that affects brain structure or function (ordinal) | Qualitative/ordinal | 1,2,3 | 1 | 0.61 | ||||
| Ascites | Excess level of fluid built up in the abdomen (ordinal) | Qualitative/ordinal | 1,2,3 | 1 | 1.21 | ||||
| INR | International Normalized Ratio. Test to see how well blood clots (continuous) | Quantitative/ratio | 0.84-4.82 | 1.42 | 2.42 | ||||
| AFP | Alpha-Fetoprotein. Important fetal serum protein that doubles as a tumor marker in adults. (continuous) | Quantitative/ratio | 1.2-1,810,346 | 19299.95 | 4.85 | ||||
| Hemoglobin | Red protein responsible for the transportation of oxygen in the blood of vertebrates (continuous) | Quantitative/ratio | 5-18.7 | 12.88 | 1.82 | ||||
| MCV | Mean Corpusucular Volume. Measure of the average volkume of a red blood corpuscle (continuous) | Quantitative/ratio | 69.5-119.6 | 95.12 | 1.82 | ||||
| Leukocytes | White blood cell count (continuous) | Quantitative/ratio | 2.2-13,000 | 1473.96 | 1.82 | ||||
| Platelets | Components that help blood to clot (continuous) | Quantitative/ratio | 1.71-459,000 | 113206.44 | 1.82 | ||||
| Albumin | Presence of proteins that are soluble in water (continuous) | Quantitative/ratio | 1.9-4.9 | 3.45 | 3.64 | ||||
| Total Bil | Total Bilirubin. Orange-yellow pigment formed in the liver from te breakdown of hemoglobin (continuous) | Quantitative/ratio | 0.3-40.5 | 3.09 | 3.03 | ||||
| ALT | Alanine transaminase. Catalyzes the two parts of the alanine cycle. (continuous) | Quantitative/ratio | 11-420 | 67.09 | 2.42 | ||||
| AST | Aspartate transaminase. Pyridoxal phosphate. Ratio of AST/ALT commonly measures as biomarkers for liver health (continuous) | Quantitative/ratio | 17-553 | 69.38 | 1.826 | ||||
| GGT | Gamma glutamyl transferase. Enzyme that catalyzes the transfer of gamma-glutamyl functional groups (continuous) | Quantitative/ratio | 23-1575 | 268.03 | 1.82 | ||||
| ALP | Alkanine phosphatse. Enzyme found in bile ducts, bone, intestine, placenta and tumors. (continuous) | Quantitative/ratio | 1.28-980 | 212.21 | 1.82 | ||||
| TP | Total proteins. Measures the total amount of albumin and globulin in the body. (continuous) | Quantitative/ratio | 3.9-102 | 8.96 | 6.67 | ||||
| Creatinine | Waste product that comes from wear and tear on the muscles of the body (continuous) | Quantitative/ratio | 0.2-7.6 | 1.13 | 4.24 | ||||
| Number of Nodules | Amount of abnormally grown tissues (integer) | Quantitative/ratio | 0-5 | 2.74 | 1.21 | ||||
| Major Dimension | Length of nodule (continuous) | Quantitative/ratio | 1.5-22 | 6.85 | 12.12 | ||||
| Dir. Bil | Amount of conjugated bilirubin that travels from the liver to the small intestine (continuous) | Quantitative/ratio | 0.1-29.3 | 1.93 | 26.67 | ||||
| Iron | Iron (continuous) | Quantitative/ratio | 0-224 | 85.6 | 47.88 | ||||
| Sat | Oxygen Saturation (continuous) | Quantitative/ratio | 0-126 | 37.03 | 48.48 | ||||
| Ferritin | Ferritin (continuous) | Quantitative/ratio | 0-2230 | 439 | 48.48 | Qualitative/dichotomous | 0/1 | 0 | 6.06 |
Import libraries and write settings here.
Version Control
Below is a list of the packages installed and versions used
# Python utilities
import time
# Data manipulation
import pandas as pd # for reading csv i/o
import numpy as np # linear algebra library
# import dtale # visualizer akin to excel
# Options for pandas
pd.options.display.max_columns = 50
pd.options.display.max_rows = 30
# Display all cell outputs
from IPython.core.interactiveshell import InteractiveShell
InteractiveShell.ast_node_interactivity = 'all'
from IPython import get_ipython
ipython = get_ipython()
# autoreload extension
if 'autoreload' not in ipython.extension_manager.loaded:
%load_ext autoreload
%autoreload 2
# Visualizations
import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt
import plotly.graph_objs as go
from plotly.offline import iplot, init_notebook_mode
init_notebook_mode(connected=True)
# Standard machine learning models
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
from sklearn.svm import SVC
from xgboost import XGBClassifier
from tensorflow.keras.models import Sequential
from tensorflow.keras.layers import Dense
from tensorflow.keras.callbacks import EarlyStopping
# Data Imputation Utilities
from sklearn.impute import KNNImputer
from autoimpute.imputations import MultipleImputer
# Scikit-learn utilities
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.preprocessing import StandardScaler, MinMaxScaler
from sklearn.preprocessing import LabelBinarizer
from sklearn.metrics import classification_report, confusion_matrix,accuracy_score, roc_curve, auc, f1_score
from sklearn.model_selection import GridSearchCV
from sklearn.pipeline import Pipeline
from sklearn.metrics import roc_auc_score, plot_roc_curve
from distython import HEOM
# Scikit-learn cross validation
from sklearn.model_selection import LeaveOneOut
from sklearn.model_selection import cross_val_score
# Imbalance Learn Utilities
from imblearn.over_sampling import SMOTE
from imblearn.under_sampling import RandomUnderSampler
from imblearn.over_sampling import SMOTENC
from imblearn.over_sampling import KMeansSMOTE
# Lets set global settings for our graphs
plt.rcParams['figure.dpi'] = 150
# Easy Correlation Plots using Seaborn
def corr_plot(data):
# data is the dataframe that you are using for this function
# create the figure
plt.figure(figsize=(20,15))
ax = sns.heatmap(data.corr(method = 'pearson'), # a heatmap correlation plot requires data to be in
vmin=-1, # a tabular form with correlation values
cmap='coolwarm', # choosing color scheme
annot=True, # annot is what shows the correlation values inside the function
cbar = False # cbar is taking away the bar on the right
)
# just calls the other performance functions in one if you want all at once
def get_all_stats(y_true,model_scores_list,model_name,key):
# unpack model_scores
y_pred = model_scores_list[0][key]
time_score = model_scores_list[1][key]
print('Model Summary for %s' % model_name)
print('\n')
print('Time Taken for %s: %s seconds' % (model_name, round(time_score,2)))
print('\n')
calc_metrics(y_true,y_pred)
print('\n')
plot_confusion_matrix(confusion_matrix(y_true,y_pred))
# Only plotted when neded
plt.savefig('%s - Confusion Matrix.png' % model_name)
calc_roc(y_true,y_pred,model_name)
# Plots the confusion matrix
def plot_confusion_matrix(confusion_matrix):
# Display the matrix in text form
print('Confusion matrix')
print(confusion_matrix)
# we use a heatmap from the seaborn plot.
ax = sns.heatmap(confusion_matrix, annot=True, cbar=False, fmt='g')
ax.set_title('Confusion Matrix')
ax.set_xticklabels(['Patient Dies', 'Patient Lives'],
fontsize='x-small', va = "center")
ax.set_yticklabels(['Patient Dies', 'Patient Lives'],
fontsize='x-small', va="center")
plt.ylabel('Actual Value')
plt.xlabel('Predicted Value')
# Calculate the accuracy and classification report of our model
def calc_metrics(y_true, y_pred):
cr = classification_report(y_true, y_pred)
cr_stats = classification_report(y_true, y_pred, output_dict = True)
print('The classification report is as stated below : ')
print('')
print(cr)
print('')
print('Accuracy of Model: {:.2f}%'.format(cr_stats['accuracy']* 100))
print('Weighted F1-Score of Model: {:.4f}'.format(cr_stats['weighted avg']['f1-score']))
print('Weighted AUC-Score of Model: {:.4f}'.format(roc_auc_score(y_true,y_pred,average = 'weighted')))
# Determine The roc curve and the auc and display
# Altered really for leave-one-out-cross-validation
def calc_roc(y_test, prob_predict,model_name):
if loocv_number == '':
model_name2 = model_name
else:
# some string altering for the label
split = model_name.split('%s' % loocv_number)
model_name2 = split[0] + '%s' % loocv_number + '\n' + split[1]
clf_predict_probabilities = prob_predict
clf_fpr, clf_tpr, _ = roc_curve(y_test, clf_predict_probabilities)
clf_roc_auc = auc(clf_fpr, clf_tpr)
plt.figure()
plt.plot(clf_fpr, clf_tpr, color='darkgreen',
lw=2, label='%s (area = %0.2f)' % (model_name2,clf_roc_auc))
plt.plot([0, 1], [0, 1], color='navy', lw=2, linestyle='--')
plt.xlim([0.0, 1.0])
plt.ylim([0.0, 1.05])
plt.xlabel('False Positive Rate')
plt.ylabel('True Positive Rate')
plt.title('Reciever Operating Characteristic Curve, AUC = %.4f' % clf_roc_auc)
plt.legend(loc = 'lower right', fontsize = 'x-small')
# Only plotted when neded
plt.savefig('%s - AUC Curve.png' % model_name)
plt.show()
# keras f1-score
from tensorflow.keras import backend as K
def f1(y_true, y_pred):
def recall(y_true, y_pred):
"""Recall metric.
Only computes a batch-wise average of recall.
Computes the recall, a metric for multi-label classification of
how many relevant items are selected.
"""
true_positives = K.sum(K.round(K.clip(y_true * y_pred, 0, 1)))
possible_positives = K.sum(K.round(K.clip(y_true, 0, 1)))
recall = true_positives / (possible_positives + K.epsilon())
return recall
def precision(y_true, y_pred):
"""Precision metric.
Only computes a batch-wise average of precision.
Computes the precision, a metric for multi-label classification of
how many selected items are relevant.
"""
true_positives = K.sum(K.round(K.clip(y_true * y_pred, 0, 1)))
predicted_positives = K.sum(K.round(K.clip(y_pred, 0, 1)))
precision = true_positives / (predicted_positives + K.epsilon())
return precision
precision = precision(y_true, y_pred)
recall = recall(y_true, y_pred)
return 2*((precision*recall)/(precision+recall+K.epsilon()))
Below we save our pipelines that we created for the standard machine learning algorithms and neural networks.
def all_ml(X,y,classifiers):
"""
We go through our all of machine learning algorithms
Parameters
------------
X : Features of the dataset
y : Target variable of the dataset
classifiers : list of classification algorithms
to perform machine learning
returns: list that holds scores for all ML Algorithms
Sample Output
-------------
scores_list_golden = all_ml(X_golden,y_golden,classifiers)
[{'LogisticRegression': [0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0],
'RandomForestClassifier': [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0],
'NeuralNetwork': [0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1]},
{'LogisticRegression': 0.09515380859375,
'RandomForestClassifier': 0.23944664001464844,
'NeuralNetwork': 15.85445499420166}]
The first dictionary is predictions.
The second dictionary is time the algorithm needed
to complete in seconds
"""
# go through standard machine learning and save results
standard_ml_results = standard_ml(X,y,classifiers)
# go through neural network and save results
neural_network_results = neural_network(X,y)
# we have to hold our predictions intially
pred_hold = standard_ml_results[0]
pred_hold['NeuralNetwork'] = neural_network_results[0]['NeuralNetwork'] # access neural network predictions
# hold times
time_hold = standard_ml_results[1]
time_hold['NeuralNetwork'] = neural_network_results[1]['NeuralNetwork'] # access neural network predictions
# hold all the algorithms scores in a list
scores_list = [pred_hold,time_hold]
return(scores_list)
def standard_ml(X,y,classifiers):
"""
We go through our standard machine learning algorithms
Parameters
------------
X : Features of the dataset
y : Target variable of the dataset
classifiers : list of classification algorithms
to perform machine learning
"""
# loocv
# Initialize the dictionaries that will hold our scores for every classifier
pred_dict = {}
time_dict = {}
# initialize the classifiers from sk-learn
classifiers = classifiers
# initialize X,y for this algorithm
X = X
y = y
# Classical Machine Learning
for classifier in classifiers:
print('%s begin' % (str(classifier).split('(')[0]))
# Time the algorithm
t1 = time.time()
# establish the pipeline
pipe = Pipeline(steps = [('preprocessor',StandardScaler()),
('classifier',classifier)])
# create the list that will hold the predictions
pred = []
for i, (train, test) in enumerate(loocv.split(X, y)):
# fit the pipeline
pipe.fit(X.iloc[train], y.iloc[train])
# add prediction for this LOOCV loop to the prediction list for this specific classifier
pred.append(pipe.predict(X.iloc[test])[0])
# grab the predictions for each classifier
# store them in the dictionary with a key name pertaining to
# what the classifier is called
pred_dict[str(classifier).split('(')[0]] = pred
t2 = time.time()
time_dict[str(classifier).split('(')[0]] = t2-t1
print('%s completed in %s seconds' % (str(classifier).split('(')[0],round(t2-t1,2)))
# Return dictionary scores
return([pred_dict,time_dict])
def neural_network(X,y):
"""
Standard neural network
Parameters
------------
X : Features of the dataset
y : Target variable of the dataset
"""
# because Tensorflow does not have k-fold cross validation
# we will have to to do it manually.
# It isn't that hard, we will be following this site
# https://machinelearningmastery.com/evaluate-performance-deep-learning-models-keras/
# Though it doesnt do LOOCV exactly, we can follow the process
# initialize X and y
X = X
y = y
# we need to hold our cross validation scores
pred = []
# Early stopping for Neural Network to prevent overfitting
early_stop = EarlyStopping(monitor='val_loss', mode='min', verbose=1, patience=15)
# Scale our Neural Network Data
sc = StandardScaler()
X_scaled = sc.fit_transform(X)
# Time the algorithm
t1 = time.time()
# Do the neural network
for train_index, test_index in loocv.split(X):
# get the index of our splits
print("TRAIN:", train_index, "TEST:", test_index)
X_train, X_test = X_scaled[train_index], X_scaled[test_index]
y_train, y_test = y.iloc[train_index], y.iloc[test_index]
# neural network
classifier = Sequential()
#First
classifier.add(Dense(16,input_shape= (X_train.shape[1],), activation='relu'))
classifier.add(Dense(8, activation='relu'))
classifier.add(Dense(1, activation='sigmoid'))
# Compiling the neural network
classifier.compile(optimizer ='adam',loss='binary_crossentropy', metrics =['accuracy',f1])
# Fitting the data to the training dataset
classifier.fit(X_train,y_train, batch_size=20, epochs=50, verbose = 0,
validation_data = (X_test,y_test), callbacks = [early_stop])
# predict and hold the prediction
# classifier.predict_classes(X_test)[0][0] actually grabs the label
pred.append(classifier.predict_classes(X_test)[0][0])
t2 = time.time()
pred_dict['NeuralNetwork'] = pred
time_dict['NeuralNetwork'] = t2-t1
return([pred_dict,time_dict])
The classification report tells us a lot about our model. While I won't go into the theory behind it, you can extrapolate meaning from the official documentation here (Sci-Kit Learn documentation) or a crash course blog post from here (Blog Post on Classification Report and Confusion Matrix).
Classification Report
Precision is defined as $$\large\frac{\text{True Positive}}{\text{True Positive + False Positive}}$$
Recall is defined as $$\large\frac{\text{True Positive}}{\text{True Positive + False Negative}}$$
F1-Score is defined as $$\normalsize\frac{2~*~\text{Precision}~*~\text{Recall}}{\text{Precision + Recall}}$$
We want to have high precision, recall and F1-scores for our model so we can be comfortable in saying that our model is valid
Hepatocellular Carcinoma, otherwise known as HCC, is the most common form of liver cancer in the United States. In 2012, HCC accounted for more than 80% of all liver cancer cases in the United States4. It is the third leading cause of cancer world-wide, the ninth leading cause of cancer in the United States.
Proposed Causes For HCC:
The exact cause of this condition is not clear, but the proposed causes include
Risk Factors:
Current risk factors to increase likelihood of HCC diagnosis are:
New cases and deaths:
According to Cancer.org, they predict that there will be an estimated 42,810 new cases of liver cancer diagnosed in the United States in 2020. Of those 42,810 cases, they estimate 30,160 people will die from the disease. Approximately three-fourths of these liver cancer cases will be diagnosed with Hepatocellular Carcinoma.
Incidence/Mortality trends:
Liver cancer incidence rates have more than tripled since 1980; from 2007 to 2016 and death rates from liver cancer has doubled from 3 (per 100,000) during the 1980s to 6.6 during recent years. Incidence rate is still increasing by about 2% per year while death rates are begining to stabilize.
Common tests & procedures:
Screening for liver cancer includes:
Treatment:
Early-stage liver cancer can sometimes be treated successfully with a liver transplant or surgery to remove art of the liver, though few patients have a healthy enough liver for the second option. Other treatment options include tumor ablation, embolization (blocking blood flow), or radiation therapy.
Survival:
The 5-year relative survival rate is 18%, 3% up from four decades ago.
Note: All statistics from Cancer.org5
As of 02/20/2020 this work aims to build on two previous statistical imputation and sampling techniques conducted in previous papers to make improved survival predictions on Heptocellular Carcinoma patients. Below are are the studies and an overview of their relative importance to this project
Overview
Published in the Journal of Biomedical Informatics, a team developed a new cluster-based oversampling method for improving survival prediction of hepatocellular carcinoma patients. This study bases its work on real clinical data taken from the University Hospital in Portugal (the dataset we use now). They used the most common imputation methods at the time (removing missing data or imputing mean/mode/median/K-NN). To deal with imbalanced data they developed cluster-based oversampling techniques and ran their own machine learning models (logistic regression and neural networks). They then compared model performance (F1 Score, Accuracy, AUC) across the differently sampled datasets datasets.
$$\text{Proposed Methodology Table From Above Study}$$
Data Science Techniques Mentioned In The Paper
Measuring Performance Across Differently Sampled Datasets
Dealing with missing values is a huge problem in Data Science. Very rarely are datasets clean, especially if you are in a company that has little to no focus on Data Engineers. Incorrect or inconsistent data leads to false conclusions and can get you in a lot of trouble. Machine Learning algorithms don't fare very well on messy datasets. And so, how well you clean and understand your data will have a positive impact on the quality of your results! Here are two quotes to drive the idea:
$$\text{Garbage In, Garbage Out}$$$$\text{Quality data beats fancy algorithms}$$For this reason, it is very important to spend quality time cleaning and understanding your data before jumping throwing everything into a Random Forest or Neural Network. We know from the introduction that our dataset is far from clean, lets discuss some of the ways this paper deals with data cleansing.
Data Cleaning Techniques
Because of its usefulness in other clinical studies, the authors of this paper decided to employ the K-Nearest Neighbors Technique using a Heterogeneous Euclidean-Overlap Metric to impute both categorical and continous values. I'll go more into this below.
K-Nearest Neighbors
For those who aren't text-based readers here8 is an informative video I like on the concept of K-Nearest Neighbors.
K-Nearest Neighbors or KNN is a super simplified way to classify data based on already existing data. Lets go through an example. Below we have a graph showing three well-defined groups in a dataset consisting of different symbols and colors. But what would happen if we insert a new datapoint in the graph. How would we classify this new point?
K-Nearest Neighbors classifies this new datapoint based on the K amount of neighbors, K being a parameter you choose.
KNN is how this paper chose to impute data as deleting instances that were incomplete would lead to a very small dataset and a loss of large information. For the metric to compare neighbors they chose the Heterogeneous Euclidean-Overlap Metric9 (HEOM) as it does well on mixtures of categorical and continuous data.
HEOM effectively handles both continuous and discrete variables in a missing dataframework. Considering two input vectors $\mathcal{x_{a}}$ and $\mathcal{x_{b}}$, the HEOM distance can be calculated by
$$\text{HEOM}(\mathcal{x_{a}},\mathcal{x_{b}})=\sqrt{\sum_{j=1}^{n}\mathcal{d_j(x_{{aj}},x_{bj})^2}}$$being $\mathcal{d_j(x_{aj},x_{bj})}$ the distance between the two cases on its j-th attribute, where
In the equation above, it is considered that the distance varies from 0 to 1 (the maximal distance value). If either one of the input values is missing in the j-th variable, its distance is 1. If both input values are available, HEOM uses the overlap metric, $\mathcal{d_o}$ for categorical attributes and the normalized Euclidean distance, $\mathcal{d_n}$ for continuous attributes. These can be found below
From above we can see that we have more patients that died than survived. If we used our original imbalanced dataframe then we would more than likely run into the following issues
To correct this we create sub-samples of our dataset to achieve a dataframe that has a 50/50 ratio between patient who survived and patients who die.This can be achieved in two ways, oversampling or undersampling.
Introducing SMOTE6
Synthetic Minority Oversampling Technique or SMOTE is one of the most popular and applied oversampling procedures. Simple oversampling is duplicating instances in the minority class until the classes are no longer imbalanced. The problem with this procedure is overfitting of data. Instead of duplicating and overfitting data, SMOTE creates synthetic datapoints based on your minority class and the K-Nearest-Neighbors Algorithm7\. This process is shown in another project through the pictures below
SMOTE is how this paper chose to deal with class imbalance.
Now that I've gone over class imbalance I'll go over the sampling technique introduced in this paper.
Cluster-based Oversampling
Motivation for Cluster-based Oversampling stems from the desite to diminish the impact of underlying patient groups/profiles with reduced sizes on survival prediction. In most clinical databases, several patient profiles can be found and, naturally, with different sizes. In terms of groups, a databse is imbalanced if its underlying clusters are not approximately equally represented. For this paper they chose to cluster patient profiles and oversample using SMOTE to achieve class balance.
After the data is clean, they try to find naturally occuring clusters within the HCC database. Each group is composed of several patient samples that have similar features. To cluster the patients they use the K-means clustering11 algorithm in conjunction with the GAP Statistic10 to automatically choose the number of groups (K). A great video on K-means clustering is available here.
In this paper they introduced two new sampling techniques where the latter of the two builds on the first technique with an extra step.
Sampling Technique Steps
Experiment and Results
In this paper they carried out a series of simulations, considering four different approaches, to predict HCC patient 1-year survival.
Four Approaches:
Experiments have been performed using a Leave-One-Out Cross Validation (LOO-CV). Evaluation of classifiers (NN and LR) were based on three metrics: Accuracy, AUC12 and F-Measure13.
Results are taken directly from the paper and shown below
Summary
In this work, the team constructed Machine Learning Models to predict Hepatocellular Carcinoma patients survival after 1-year. They used K-NN to impute the data and constructed new oversampling clustering techniques to handle class imbalance. For the models they used Neural Networks and Logistic Regression to classify patients on a heterogeneous dataset using 49 features.
Overview
Published in the Harvard Data Science Review, a team applied Machine Learning techniques to predict drug approval of over 19,000 drug trials and 6000 unique drugs during the different clinical phases of drug approvals. For their data they used a combination of drug-development and clinical trial data gathered from the years 2003 to 2015. Medical data is rarely clean and one of the biggest problems is dealing with missing data. The most commonly used technique for missing data is list-wise deletion which can result in missing a plethora of information. To deal with missing data, the team used and compared four imputation methods on drug approval data. The used a plethora of different ML models but ultimately created algorithms that could predicate drugs in Phase 2 -> approval (0.78 AUC) and drugs in Phase 3 -> approval (0.81 AUC).
Relevance To Our Work
This is a great paper filled with lots of content, however my interest is vested in the imputation techniques that they used for this project. While the main work references it, the more in-depth analysis can be found in their supplementary materials paper14.
Missing data may generally classified into three categories: missing completely at random (MCAR), missing at random (MAR), missing not at random (MNAR). MCAR holds when data is missing for reasons un-related to the data. MAR applied when data missingness can be fully accounted for by observered variables. MNAR comes in when neither MCAR nor MAR is appropriate. To re-iterate, MCAR is present when the probability of missingness is the same for every data point; MAR applies when the probability of missingness is the same when conditioned on groups in the observed data; MCAR comes in when the probability of missingness is dependent on the value of the unobserved variable, or is unknown.
How Linear Digressions15 explained it in their podcast.
For this paper, they go under the assumption that the missing medical data is Missing at Random (MAR) which is why they go through statistical pains to impute the data. This fits for our case because we have missing data in our dataset and list-wise deletion (the most common method of deleting any incomplete instances in the dataset) would trim down our dataset from 165 patients to 8 patients.
What is Imputation?
Imputation, as mentioned above, is the process of replacing missing data with substituted values. To reiterate, there are three main problems that missing data causes:
Because missing data can create problems in analyzing data, imputation is a way to avoid pitfalls involved with list-wise deletion of cases that have missing data. Below I iterate details to the imputation methods this paper explored.
Statistical Imputation Methods
Unconditonal Mean Imputation - In unconditional mean imputation, they fill in the missing values of a predictor with the mean/mode of the available cases pertaining to that predictor. This is a highly discouraged method as it distorts the data distribution by reducing variability and undermines relationships between variables. In that paper they implemented two variants: mean/mode and median/mode imputation.
K-Nearest Neighbor Imputation - I iterated through this process earlier, however I'll give this papers interpretation here. in kNN imputation, given a predictor with missing values, we select the k most similar cases that do not have missing values in the features to be imputed. For this article the used the Gower distance for heterogeneous variables and explore results using 5 and 10 nearest neighbors. For each missing value to be imputed, they use the median/mode of the corresponding feature of the k closest neighbors as the imputation
Multiple Imputation - Multiple imputation (MI) is a principled missing data method that involves three steps: imputation, analysis and pooling. In imputation they specify an imputation model for each incomplete predictor in the form of a conditional distribution. They then drew on multiple missing plausible values for each missing data point according to the specified variable models. This creates multipe imputed datasets from one incomplete dataset. They analyze each imputed dataset individually and pool the estimates from the multiple individual analyses using Rubin's Rules to yield a single estimate.
Decision Tree Algorithm - Decision trees are commonly used as predictive models. In contrast to most machine learning algorithms, some decision tree algorithms can handle missing values internally without the need for imputation. In their paper they focused on the C5.0 algorithm built in R.
Measuring Classifier Performance on a MAR Testing Set
It is difficult to assess how good a classifier really is from performance on a MAR testing set, therefore they create an additional testing set they refer to as the MCAR Testing Set. In this test set they introduce missingness based on patterns observed in pipeline drug-indication pairs. Consequently, AUC on the MCAR test set is set to be more reflective on a classifier's real performance. They also created a gold-standard dataset which only had complete instances in the dataset. These two testing sets serve as a control and can help to identify non-ideal imputation methods: poor imputation methods tend to distort the data distribution and undermine relationships between variables. The noise makes it more difficult to learn the true underlying patterns on the data and the classifiers using these poor imputation methods will perform poorly on the gold-standard and MCAR testing sets.
To re-iterate, we apply several imputation methods and use the MCAR and Gold-Standard testing sets to see which imputation methods are capable of preserving the original data distribution to make it easier for classifiers to capture useful relationships in the data. To understand their dataset flow I've included a figure included in the paper.
Overall, they found k-NN imputation to be the most suitable for their dataset. It provided the least biased imputations among all other statistical imputations and performed well across all of the testing sets. By preserving the original data distribution while filling in missing values, kNN imputation allowed classifiers to learn the underlying patterns more effectively. The combination of a 5NN and Random Forest gave the highest AUC's (0.805 and 0.780 on the gold-standard and MCAR test sets respectively).
While Mean/Mode or Median/Mode performed very well on the MAR testing set it gave undesirable results. Below is a quote directly from the paper.
THEIR QUOTE
We believe that the noise introduced by mean and median imputations have an adverse impact on a classifier’s learning process. These effects may not be obvious from the AUC of the MAR testing sets. Indeed, for all six machine learning algorithms, we observe that mean and median imputations give the highest AUCs for the MAR testing sets. However, the trend is reversed when we look at the gold-standard and MCAR testing sets. Classifiers trained on mean or median imputation performed the worst of all imputation methods on these testing sets, implying that the noise introduced by the distortions must have hindered the machine learning algorithms from fully capturing the underlying relationships in the data. It will therefore be prudent to avoid this imputation approach.
Summary
What I want from this paper is to go through the process of trying different imputation methods and classifiers and seeing the difference in results. I want to further explore the idea that while Mean/Mode or Median/Mode imputations perform well on the original testing sets, they fail when tested on other datasets testsets indicating that the
For this project we have two datasets given. One is the un-cleaned imbalanced dataset given by the University Hospital in Portugal and the other is a clean balanced dataset given by the research study that previously used this data. For the moment, we will be focusing on the un-clean dataset and go under the assumption that missing data falls under the trend of MAR. Therefore we will go over the imputation techniques shown in previous papers.
Here is a brief overview of what we are going to accomplish in this section before we start our analysis:
# Since our data does not have header columns we have to make them ourselves
# More insight into our features above
columns = [
# nominal
'Gender',
'Symptoms',
'Alcohol',
'Hepatitis B Surface Antigen',
'Hepatitis B e Antigen',
'Hepatitis B Core Antibody',
'Hepatitis C Virus Antibody',
'Cirrhosis',
'Endemic Countries',
'Smoking',
'Diabetes',
'Obesity',
'Hemochromatosis',
'Arterial Hypertension',
'Chronic Renal Insufficiency',
'Human Immunodeficiency Virus',
'Nonalcoholic Steatohepatitis',
'Esophageal Varices',
'Splenomegaly',
'Portal Hypertension',
'Portal Vein Thrombosis',
'Liver Metastasis',
'Radiological Hallmark',
# integer
'Age at diagnosis',
# continuous
'Grams of Alcohol per day',
'Packs of cigarettes per year',
# ordinal
'Performance Status' ,
'Encefalopathy degree',
'Ascites degree',
# continuous
'International Normalised Ratio',
'Alpha-Fetoprotein (ng/mL)',
'Hemoglobin (g/dL)',
'Mean Corpuscular Volume (fl)',
'Leukocytes (G/L)',
'Platelets (G/L)',
'Albumin (mg/dL)',
'Total Bilirubin(mg/dL)',
'Alanine transaminase (U/L)',
'Aspartate transaminase (U/L)',
'Gamma glutamyl transferase (U/L)',
'Alkaline phosphatase (U/L)',
'Total Proteins (g/dL)',
'Creatinine (mg/dL)s',
# integer
'Number of Nodules',
# continuous
'Major dimension of nodule (cm)',
'Direct Bilirubin (mg/dL)',
'Iron (mcg/dL)',
'Oxygen Saturation (%)',
'Ferritin (ng/mL)',
# nominal
'Class'
]
# Import the dataset
patient_data = pd.read_csv(filepath_or_buffer = 'data/hcc-data.csv', # location of our csv
names = columns, # setting the names for each column equal to the list we have
na_values = '?') # the missing values are question marks in the CSV)
df = patient_data
# dtale.show(df)
df.info()
<class 'pandas.core.frame.DataFrame'> RangeIndex: 165 entries, 0 to 164 Data columns (total 50 columns): # Column Non-Null Count Dtype --- ------ -------------- ----- 0 Gender 165 non-null int64 1 Symptoms 147 non-null float64 2 Alcohol 165 non-null int64 3 Hepatitis B Surface Antigen 148 non-null float64 4 Hepatitis B e Antigen 126 non-null float64 5 Hepatitis B Core Antibody 141 non-null float64 6 Hepatitis C Virus Antibody 156 non-null float64 7 Cirrhosis 165 non-null int64 8 Endemic Countries 126 non-null float64 9 Smoking 124 non-null float64 10 Diabetes 162 non-null float64 11 Obesity 155 non-null float64 12 Hemochromatosis 142 non-null float64 13 Arterial Hypertension 162 non-null float64 14 Chronic Renal Insufficiency 163 non-null float64 15 Human Immunodeficiency Virus 151 non-null float64 16 Nonalcoholic Steatohepatitis 143 non-null float64 17 Esophageal Varices 113 non-null float64 18 Splenomegaly 150 non-null float64 19 Portal Hypertension 154 non-null float64 20 Portal Vein Thrombosis 162 non-null float64 21 Liver Metastasis 161 non-null float64 22 Radiological Hallmark 163 non-null float64 23 Age at diagnosis 165 non-null int64 24 Grams of Alcohol per day 117 non-null float64 25 Packs of cigarettes per year 112 non-null float64 26 Performance Status 165 non-null int64 27 Encefalopathy degree 164 non-null float64 28 Ascites degree 163 non-null float64 29 International Normalised Ratio 161 non-null float64 30 Alpha-Fetoprotein (ng/mL) 157 non-null float64 31 Hemoglobin (g/dL) 162 non-null float64 32 Mean Corpuscular Volume (fl) 162 non-null float64 33 Leukocytes (G/L) 162 non-null float64 34 Platelets (G/L) 162 non-null float64 35 Albumin (mg/dL) 159 non-null float64 36 Total Bilirubin(mg/dL) 160 non-null float64 37 Alanine transaminase (U/L) 161 non-null float64 38 Aspartate transaminase (U/L) 162 non-null float64 39 Gamma glutamyl transferase (U/L) 162 non-null float64 40 Alkaline phosphatase (U/L) 162 non-null float64 41 Total Proteins (g/dL) 154 non-null float64 42 Creatinine (mg/dL)s 158 non-null float64 43 Number of Nodules 163 non-null float64 44 Major dimension of nodule (cm) 145 non-null float64 45 Direct Bilirubin (mg/dL) 121 non-null float64 46 Iron (mcg/dL) 86 non-null float64 47 Oxygen Saturation (%) 85 non-null float64 48 Ferritin (ng/mL) 85 non-null float64 49 Class 165 non-null int64 dtypes: float64(44), int64(6) memory usage: 64.6 KB
# Lets find how much missing data we have in the entire dataset
# and then lets find how much missing data we have by column
print('Total Missing Data in HCC Dataset (%)')
print(str(round(df.isnull().mean().mean()*100,2))+'%')
print('\n')
print('Missing Data by Column (%)')
for col in df.columns:
print(col + ':' , # print the column name
str(round(df[col].isnull().mean()*100,2)) + '%') # the amount of missing values divided by the length of the column
Total Missing Data in HCC Dataset (%) 10.01% Missing Data by Column (%) Gender: 0.0% Symptoms: 10.91% Alcohol: 0.0% Hepatitis B Surface Antigen: 10.3% Hepatitis B e Antigen: 23.64% Hepatitis B Core Antibody: 14.55% Hepatitis C Virus Antibody: 5.45% Cirrhosis: 0.0% Endemic Countries: 23.64% Smoking: 24.85% Diabetes: 1.82% Obesity: 6.06% Hemochromatosis: 13.94% Arterial Hypertension: 1.82% Chronic Renal Insufficiency: 1.21% Human Immunodeficiency Virus: 8.48% Nonalcoholic Steatohepatitis: 13.33% Esophageal Varices: 31.52% Splenomegaly: 9.09% Portal Hypertension: 6.67% Portal Vein Thrombosis: 1.82% Liver Metastasis: 2.42% Radiological Hallmark: 1.21% Age at diagnosis: 0.0% Grams of Alcohol per day: 29.09% Packs of cigarettes per year: 32.12% Performance Status: 0.0% Encefalopathy degree: 0.61% Ascites degree: 1.21% International Normalised Ratio: 2.42% Alpha-Fetoprotein (ng/mL): 4.85% Hemoglobin (g/dL): 1.82% Mean Corpuscular Volume (fl): 1.82% Leukocytes (G/L): 1.82% Platelets (G/L): 1.82% Albumin (mg/dL): 3.64% Total Bilirubin(mg/dL): 3.03% Alanine transaminase (U/L): 2.42% Aspartate transaminase (U/L): 1.82% Gamma glutamyl transferase (U/L): 1.82% Alkaline phosphatase (U/L): 1.82% Total Proteins (g/dL): 6.67% Creatinine (mg/dL)s: 4.24% Number of Nodules: 1.21% Major dimension of nodule (cm): 12.12% Direct Bilirubin (mg/dL): 26.67% Iron (mcg/dL): 47.88% Oxygen Saturation (%): 48.48% Ferritin (ng/mL): 48.48% Class: 0.0%
# Missing values in a table form
# create missing values objects
missing_numvalues = df.isnull().sum()
missing_percentvalues = round(df.isnull().mean()*100,2)
# concatenate
missing_df = pd.concat([missing_numvalues,missing_percentvalues],
axis = 1,
keys = ['Counts','Percentage (%)'])
missing_df.sort_values(by = 'Percentage (%)', ascending = False)
| Counts | Percentage (%) | |
|---|---|---|
| Oxygen Saturation (%) | 80 | 48.48 |
| Ferritin (ng/mL) | 80 | 48.48 |
| Iron (mcg/dL) | 79 | 47.88 |
| Packs of cigarettes per year | 53 | 32.12 |
| Esophageal Varices | 52 | 31.52 |
| ... | ... | ... |
| Performance Status | 0 | 0.00 |
| Age at diagnosis | 0 | 0.00 |
| Cirrhosis | 0 | 0.00 |
| Alcohol | 0 | 0.00 |
| Class | 0 | 0.00 |
50 rows × 2 columns
Do work here
"Golden Standard Dataset" refers to data samples in the original dataset that have complete records. Our results here will be matched up against our imputed datasets and the Golden Standard Dataset will be used as a check against our other Machine Learning algorithms.
Summary
Leave One Out - Cross Validation - 8
# Golden Standard Baseline Data
# No Missing Rows
golden_standard_df = df.dropna()
# Shape
golden_standard_df.shape
golden_standard_df.loc[:,'Class'].value_counts()
(8, 50)
1 4 0 4 Name: Class, dtype: int64
The above indictates that our "Golden Standard Data" has only 8 samples that has no missing values for each feature. Funnily enough, in our "Golden Standard" dataset we have an equal amount of classes (1 - Alive, 0 - dead)
# Split the Data
X_golden = golden_standard_df.drop('Class', axis = 1)
y_golden = golden_standard_df.loc[:,'Class']
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X_golden,y_golden, test_size = 0.25, random_state = 101)
# Scale and fit training and test data
sc = StandardScaler()
X_train_scaled = sc.fit_transform(X_train)
X_test_scaled = sc.transform(X_test)
y_train.value_counts()
1 3 0 3 Name: Class, dtype: int64
lr = LogisticRegression(random_state = 0)
# lr.fit(X_train_scaled,y_train)
# y_pred_lr = lr.predict(X_test_scaled)
# calc_metrics(y_test,y_pred_lr)
rfc = RandomForestClassifier(n_estimators = 8, random_state = 0)
# rfc.fit(X_train_scaled,y_train)
# y_pred_rfc = rfc.predict(X_test_scaled)
# calc_metrics(y_test,y_pred_rfc)
classifier = Sequential()
#First
classifier.add(Dense(16,input_shape= ((X_train_scaled.shape[1]),), activation='relu', kernel_initializer='random_normal'))
classifier.add(Dense(16, activation='relu', kernel_initializer='random_normal'))
classifier.add(Dense(1, activation='sigmoid', kernel_initializer='random_normal'))
# Compiling the neural network
classifier.compile(optimizer ='adam',loss='binary_crossentropy', metrics =['accuracy'])
# Fitting the data to the training dataset
classifier.fit(X_train_scaled,y_train, batch_size=50, epochs=200, validation_data = (X_test_scaled,y_test))
Train on 6 samples, validate on 2 samples Epoch 1/200 6/6 [==============================] - 1s 199ms/sample - loss: 0.6927 - accuracy: 0.5000 - val_loss: 0.6928 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 2/200 6/6 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6918 - accuracy: 0.5000 - val_loss: 0.6935 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 3/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6910 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.6941 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 4/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6901 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.6948 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 5/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6893 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.6955 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 6/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6885 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.6961 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 7/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6876 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.6968 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 8/200 6/6 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6868 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.6974 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 9/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6860 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.6981 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 10/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6852 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.6988 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 11/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6842 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.6996 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 12/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6833 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.7003 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 13/200 6/6 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6823 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.7010 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 14/200 6/6 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6812 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.7017 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 15/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6800 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.7024 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 16/200 6/6 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6787 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.7032 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 17/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6773 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.7041 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 18/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6758 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.7050 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 19/200 6/6 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6742 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.7060 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 20/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6726 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.7070 - val_accuracy: 0.0000e+00 Epoch 21/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - 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val_loss: 1.7851 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 134/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0323 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.7937 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 135/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0313 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.8021 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 136/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0303 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.8102 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 137/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0294 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.8181 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 138/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0285 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.8258 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 139/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0276 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.8331 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 140/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0268 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.8403 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 141/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0260 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.8475 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 142/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0253 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.8545 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 143/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0246 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.8614 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 144/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0239 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.8683 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 145/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0232 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.8751 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 146/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0226 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.8817 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 147/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0220 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.8881 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 148/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0214 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.8943 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 149/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0208 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9005 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 150/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0203 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9066 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 151/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0198 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9127 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 152/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0193 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9187 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 153/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0188 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9245 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 154/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0183 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9303 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 155/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0179 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9361 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 156/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0175 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9419 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 157/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0170 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9476 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 158/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0167 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9532 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 159/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0163 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9587 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 160/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0159 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9642 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 161/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0155 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9695 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 162/200 6/6 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.0152 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9748 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 163/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0149 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9800 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 164/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0146 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9850 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 165/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0142 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9899 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 166/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0139 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9948 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 167/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0137 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 1.9997 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 168/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0134 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0046 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 169/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0131 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0093 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 170/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0128 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0140 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 171/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0126 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0186 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 172/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0124 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0231 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 173/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0121 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0276 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 174/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0119 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0320 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 175/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0117 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0364 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 176/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0114 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0407 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 177/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0112 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0451 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 178/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0110 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0496 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 179/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0108 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0540 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 180/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0106 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0584 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 181/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0104 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0627 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 182/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0103 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0669 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 183/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0101 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0711 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 184/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0099 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0753 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 185/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0098 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0794 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 186/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0096 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0835 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 187/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0094 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0876 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 188/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0093 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0917 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 189/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0091 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0956 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 190/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0090 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.0996 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 191/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0088 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.1035 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 192/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0087 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.1073 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 193/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0086 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.1111 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 194/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0084 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.1150 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 195/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0083 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.1188 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 196/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0082 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.1225 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 197/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0080 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.1261 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 198/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0079 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.1298 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 199/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0078 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.1334 - val_accuracy: 0.5000 Epoch 200/200 6/6 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.0077 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 2.1371 - val_accuracy: 0.5000
<tensorflow.python.keras.callbacks.History at 0x2111386ec88>
y_pred_nn = classifier.predict_classes(X_test_scaled)
calc_metrics(y_test,y_pred_nn)
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.50 1.00 0.67 1
1 0.00 0.00 0.00 1
accuracy 0.50 2
macro avg 0.25 0.50 0.33 2
weighted avg 0.25 0.50 0.33 2
Accuracy of Model: 50.00%
Weighted F1-Score of Model: 0.3333
Weighted AUC-Score of Model: 0.5000
C:\Users\ddagu\Anaconda3\lib\site-packages\sklearn\metrics\_classification.py:1272: UndefinedMetricWarning: Precision and F-score are ill-defined and being set to 0.0 in labels with no predicted samples. Use `zero_division` parameter to control this behavior.
Because we have a small dataset I decided to follow a Leave One Out - Cross Validation (LOO-CV) to ensure that our model can train on the highest number of patients possible. This is the route the over-sampling cluster-based approach took
# Split the Data
loocv = LeaveOneOut()
# Empty loocv_number string for Golden Standard Data
loocv_number = ''
X_golden = golden_standard_df.drop('Class', axis = 1)
y_golden = golden_standard_df.loc[:,'Class']
X_golden_scaled = sc.fit_transform(X_golden)
# Hold our predictions for each test sample in LOOCV
pred_lr_gold = []
for i, (train, test) in enumerate(loocv.split(X_golden_scaled, y_golden)):
lr.fit(X_golden_scaled[train], y_golden.iloc[train])
pred_lr_gold.append(lr.predict(X_golden_scaled[test])[0])
# Call our functions to get scores and results of the true results
# and our predicited results
calc_metrics(y_golden,pred_lr_gold)
print('\n')
plot_confusion_matrix(confusion_matrix(y_golden,pred_lr_gold))
calc_roc(y_golden,pred_lr_gold,'Logistic Regression Golden Standard')
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False, fit_intercept=True,
intercept_scaling=1, l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None, penalty='l2',
random_state=0, solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False)
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False, fit_intercept=True,
intercept_scaling=1, l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None, penalty='l2',
random_state=0, solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False)
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False, fit_intercept=True,
intercept_scaling=1, l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None, penalty='l2',
random_state=0, solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False)
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False, fit_intercept=True,
intercept_scaling=1, l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None, penalty='l2',
random_state=0, solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False)
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False, fit_intercept=True,
intercept_scaling=1, l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None, penalty='l2',
random_state=0, solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False)
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False, fit_intercept=True,
intercept_scaling=1, l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None, penalty='l2',
random_state=0, solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False)
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False, fit_intercept=True,
intercept_scaling=1, l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None, penalty='l2',
random_state=0, solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False)
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False, fit_intercept=True,
intercept_scaling=1, l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None, penalty='l2',
random_state=0, solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False)
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.20 0.25 0.22 4
1 0.00 0.00 0.00 4
accuracy 0.12 8
macro avg 0.10 0.12 0.11 8
weighted avg 0.10 0.12 0.11 8
Accuracy of Model: 12.50%
Weighted F1-Score of Model: 0.1111
Weighted AUC-Score of Model: 0.1250
Confusion matrix
[[1 3]
[4 0]]
pred_rfc_gold = []
for i, (train, test) in enumerate(loocv.split(X_golden_scaled, y_golden)):
rfc.fit(X_golden_scaled[train], y_golden.iloc[train])
pred_rfc_gold.append(rfc.predict(X_golden_scaled[test])[0])
calc_metrics(y_golden,pred_rfc_gold)
print('\n')
plot_confusion_matrix(confusion_matrix(y_golden,pred_rfc_gold))
calc_roc(y_golden,pred_rfc_gold,'Random Forest Golden')
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0, class_weight=None,
criterion='gini', max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0, min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0, n_estimators=8,
n_jobs=None, oob_score=False, random_state=0, verbose=0,
warm_start=False)
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0, class_weight=None,
criterion='gini', max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0, min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0, n_estimators=8,
n_jobs=None, oob_score=False, random_state=0, verbose=0,
warm_start=False)
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0, class_weight=None,
criterion='gini', max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0, min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0, n_estimators=8,
n_jobs=None, oob_score=False, random_state=0, verbose=0,
warm_start=False)
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0, class_weight=None,
criterion='gini', max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0, min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0, n_estimators=8,
n_jobs=None, oob_score=False, random_state=0, verbose=0,
warm_start=False)
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0, class_weight=None,
criterion='gini', max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0, min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0, n_estimators=8,
n_jobs=None, oob_score=False, random_state=0, verbose=0,
warm_start=False)
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0, class_weight=None,
criterion='gini', max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0, min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0, n_estimators=8,
n_jobs=None, oob_score=False, random_state=0, verbose=0,
warm_start=False)
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0, class_weight=None,
criterion='gini', max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0, min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0, n_estimators=8,
n_jobs=None, oob_score=False, random_state=0, verbose=0,
warm_start=False)
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0, class_weight=None,
criterion='gini', max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0, min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0, n_estimators=8,
n_jobs=None, oob_score=False, random_state=0, verbose=0,
warm_start=False)
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.50 0.75 0.60 4
1 0.50 0.25 0.33 4
accuracy 0.50 8
macro avg 0.50 0.50 0.47 8
weighted avg 0.50 0.50 0.47 8
Accuracy of Model: 50.00%
Weighted F1-Score of Model: 0.4667
Weighted AUC-Score of Model: 0.5000
Confusion matrix
[[3 1]
[3 1]]
# because Tensorflow does not have k-fold cross validation
# we will have to to do it manually.
# It isn't that hard, we will be following this site
# https://machinelearningmastery.com/evaluate-performance-deep-learning-models-keras/
# Though it doesnt do LOOCV exactly, we can follow the process
# get the splits
loocv_number = loocv.get_n_splits(X_golden_scaled)
# we need to hold our cross validation scores
pred = []
# Early stopping for Neural Network to prevent overfitting
early_stop = EarlyStopping(monitor='val_loss', mode='min', verbose=1, patience=15)
# Time the algorithm
t1 = time.time()
for train_index, test_index in loocv.split(X_golden_scaled):
# get the index of our splits
print("TRAIN:", train_index, "TEST:", test_index)
X_train, X_test = X_golden_scaled[train_index], X_golden_scaled[test_index]
y_train, y_test = y_golden.iloc[train_index], y_golden.iloc[test_index]
# neural network
classifier = Sequential()
#First
classifier.add(Dense(16,input_shape= (X_train.shape[1],), activation='relu', kernel_initializer='random_normal'))
classifier.add(Dense(8, activation='relu', kernel_initializer='random_normal'))
classifier.add(Dense(1, activation='sigmoid', kernel_initializer='random_normal'))
# Compiling the neural network
classifier.compile(optimizer ='adam',loss='binary_crossentropy', metrics =['accuracy',f1])
# Fitting the data to the training dataset
classifier.fit(X_train,y_train, batch_size=20, epochs=50,
validation_data = (X_test,y_test), callbacks = [early_stop])
# predict and hold the prediction
# classifier.predict_classes(X_test)[0][0] actually grabs the label
pred.append(classifier.predict_classes(X_test)[0][0])
t2 = time.time()
pred_dict = {}
time_dict = {}
pred_dict['NeuralNetwork'] = pred
time_dict['NeuralNetwork'] = t2-t1
score_list_nn_gold = [pred_dict,time_dict]
TRAIN: [1 2 3 4 5 6 7] TEST: [0] Train on 7 samples, validate on 1 samples Epoch 1/50 7/7 [==============================] - 1s 184ms/sample - loss: 0.6923 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.6667 - val_loss: 0.6917 - val_accuracy: 1.0000 - val_f1: 1.0000 Epoch 2/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6916 - accuracy: 0.7143 - f1: 0.7500 - val_loss: 0.6923 - val_accuracy: 1.0000 - val_f1: 1.0000 Epoch 3/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6909 - accuracy: 0.7143 - f1: 0.7500 - val_loss: 0.6929 - val_accuracy: 1.0000 - val_f1: 1.0000 Epoch 4/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6903 - accuracy: 0.7143 - f1: 0.7500 - val_loss: 0.6934 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 5/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6896 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8571 - val_loss: 0.6940 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 6/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6890 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8571 - val_loss: 0.6945 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 7/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6883 - accuracy: 1.0000 - f1: 1.0000 - val_loss: 0.6951 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 8/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6876 - accuracy: 1.0000 - f1: 1.0000 - val_loss: 0.6957 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 9/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6869 - accuracy: 1.0000 - f1: 1.0000 - val_loss: 0.6963 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 10/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6862 - accuracy: 1.0000 - f1: 1.0000 - val_loss: 0.6969 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 11/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6854 - accuracy: 1.0000 - f1: 1.0000 - val_loss: 0.6976 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 12/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6846 - accuracy: 1.0000 - f1: 1.0000 - val_loss: 0.6982 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 13/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6837 - accuracy: 1.0000 - f1: 1.0000 - val_loss: 0.6989 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 14/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6828 - accuracy: 1.0000 - f1: 1.0000 - val_loss: 0.6996 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 15/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6818 - accuracy: 1.0000 - f1: 1.0000 - val_loss: 0.7003 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 16/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6808 - accuracy: 1.0000 - f1: 1.0000 - val_loss: 0.7011 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 00016: early stopping
<tensorflow.python.keras.callbacks.History at 0x211159dc7c8>
TRAIN: [0 2 3 4 5 6 7] TEST: [1] Train on 7 samples, validate on 1 samples Epoch 1/50 7/7 [==============================] - 1s 173ms/sample - loss: 0.6929 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.6667 - val_loss: 0.6937 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 2/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6924 - accuracy: 0.7143 - f1: 0.6667 - val_loss: 0.6942 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 3/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6920 - accuracy: 0.7143 - f1: 0.6667 - val_loss: 0.6947 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 4/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6916 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8000 - val_loss: 0.6952 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 5/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6913 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8000 - val_loss: 0.6957 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 6/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6910 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8000 - val_loss: 0.6962 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 7/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6907 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8000 - val_loss: 0.6967 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 8/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6903 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8000 - val_loss: 0.6972 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 9/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6900 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8000 - val_loss: 0.6977 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 10/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6897 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8000 - val_loss: 0.6983 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 11/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6893 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8000 - val_loss: 0.6988 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 12/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6889 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8000 - val_loss: 0.6993 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 13/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6885 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8000 - val_loss: 0.6998 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 14/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6881 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8000 - val_loss: 0.7003 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 15/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6877 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8000 - val_loss: 0.7009 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 16/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6872 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8000 - val_loss: 0.7014 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 00016: early stopping
<tensorflow.python.keras.callbacks.History at 0x211160ce548>
TRAIN: [0 1 3 4 5 6 7] TEST: [2] Train on 7 samples, validate on 1 samples Epoch 1/50 7/7 [==============================] - 1s 176ms/sample - loss: 0.6928 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.5714 - val_loss: 0.6915 - val_accuracy: 1.0000 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 2/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6922 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.5714 - val_loss: 0.6919 - val_accuracy: 1.0000 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 3/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6916 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.5714 - val_loss: 0.6924 - val_accuracy: 1.0000 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 4/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6911 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.5714 - val_loss: 0.6928 - val_accuracy: 1.0000 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 5/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6905 - accuracy: 0.7143 - f1: 0.7500 - val_loss: 0.6932 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 6/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6899 - accuracy: 0.7143 - f1: 0.7500 - val_loss: 0.6936 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 7/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6894 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8889 - val_loss: 0.6941 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 8/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6889 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8889 - val_loss: 0.6945 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 9/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6883 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8889 - val_loss: 0.6949 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 10/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6878 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8889 - val_loss: 0.6953 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 11/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6872 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8889 - val_loss: 0.6957 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 12/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6866 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8889 - val_loss: 0.6961 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 13/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6859 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8889 - val_loss: 0.6965 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 14/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6852 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8889 - val_loss: 0.6970 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 15/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6845 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8889 - val_loss: 0.6974 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 16/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6838 - accuracy: 0.8571 - f1: 0.8889 - val_loss: 0.6978 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 00016: early stopping
<tensorflow.python.keras.callbacks.History at 0x21115705988>
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TRAIN: [0 1 2 3 4 5 6] TEST: [7] Train on 7 samples, validate on 1 samples Epoch 1/50 7/7 [==============================] - 1s 178ms/sample - loss: 0.6927 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.6942 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 2/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6924 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.6947 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 3/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6921 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.6952 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 4/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6918 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.6957 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 5/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6914 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.6962 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 6/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6910 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.6967 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 7/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6907 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.6972 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 8/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6903 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.6977 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 9/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6899 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.6983 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 10/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6895 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.6988 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 11/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6890 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.6993 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 12/50 7/7 [==============================] - 0s 2ms/sample - loss: 0.6886 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.6999 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 13/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6881 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.7004 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 14/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6876 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.7009 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 15/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6871 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.7015 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 16/50 7/7 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 0.6866 - accuracy: 0.5714 - f1: 0.7273 - val_loss: 0.7020 - val_accuracy: 0.0000e+00 - val_f1: 0.0000e+00 Epoch 00016: early stopping
<tensorflow.python.keras.callbacks.History at 0x21115e8c248>
get_all_stats(y_golden,score_list_nn_gold,'Neural Network LOO-CV-%s with Golden Standard' % loocv_number,'NeuralNetwork')
Model Summary for Neural Network LOO-CV-8 with Golden Standard
Time Taken for Neural Network LOO-CV-8 with Golden Standard: 16.16 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.00 0.00 0.00 4.0
1 0.00 0.00 0.00 4.0
accuracy 0.00 8.0
macro avg 0.00 0.00 0.00 8.0
weighted avg 0.00 0.00 0.00 8.0
Accuracy of Model: 0.00%
Weighted F1-Score of Model: 0.0000
Weighted AUC-Score of Model: 0.0000
Confusion matrix
[[0 4]
[4 0]]
The above section of code was written in mind for those who wanted to see what happens at each step, thankfully scikit-learn16 has a process that streamlines the workflow called Pipeline. For the rest of this workbook I will do my best to streamline the process using pipeline, so I think it would be better to learn it here
# create a pipeline that scales the data then does classifiers
# initialize the classifiers from sk-learn
classifiers = [lr,
rfc]
# dictionary for scores
pred_dict = {}
time_dict = {}
for classifier in classifiers:
# Time the algorithm
t1 = time.time()
# establish the pipeline
pipe = Pipeline(steps = [('preprocessor',StandardScaler()),
('classifier',classifier)])
# create the list that will hold the predictions
pred_classifier_gold = []
for i, (train, test) in enumerate(loocv.split(X_golden, y_golden)):
# fit the pipeline
pipe.fit(X_golden.iloc[train], y_golden.iloc[train])
# add prediction for this LOOCV loop to the prediction list for this specific classifier
pred_classifier_gold.append(pipe.predict(X_golden.iloc[test])[0])
# grab the predictions for each classifier
# store them in the dictionary with a key name pertaining to
# what the classifier is called
pred_dict[str(classifier).split('(')[0]] = pred_classifier_gold
t2 = time.time()
time_dict[str(classifier).split('(')[0]] = t2-t1
score_list_gold = [pred_dict,time_dict]
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False,
fit_intercept=True, intercept_scaling=1,
l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None,
penalty='l2', random_state=0,
solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False,
fit_intercept=True, intercept_scaling=1,
l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None,
penalty='l2', random_state=0,
solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False,
fit_intercept=True, intercept_scaling=1,
l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None,
penalty='l2', random_state=0,
solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False,
fit_intercept=True, intercept_scaling=1,
l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None,
penalty='l2', random_state=0,
solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False,
fit_intercept=True, intercept_scaling=1,
l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None,
penalty='l2', random_state=0,
solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False,
fit_intercept=True, intercept_scaling=1,
l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None,
penalty='l2', random_state=0,
solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False,
fit_intercept=True, intercept_scaling=1,
l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None,
penalty='l2', random_state=0,
solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False,
fit_intercept=True, intercept_scaling=1,
l1_ratio=None, max_iter=100,
multi_class='auto', n_jobs=None,
penalty='l2', random_state=0,
solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0,
class_weight=None, criterion='gini',
max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0,
min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0,
n_estimators=8, n_jobs=None,
oob_score=False, random_state=0,
verbose=0, warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0,
class_weight=None, criterion='gini',
max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0,
min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0,
n_estimators=8, n_jobs=None,
oob_score=False, random_state=0,
verbose=0, warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0,
class_weight=None, criterion='gini',
max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0,
min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0,
n_estimators=8, n_jobs=None,
oob_score=False, random_state=0,
verbose=0, warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0,
class_weight=None, criterion='gini',
max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0,
min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0,
n_estimators=8, n_jobs=None,
oob_score=False, random_state=0,
verbose=0, warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0,
class_weight=None, criterion='gini',
max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0,
min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0,
n_estimators=8, n_jobs=None,
oob_score=False, random_state=0,
verbose=0, warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0,
class_weight=None, criterion='gini',
max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0,
min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0,
n_estimators=8, n_jobs=None,
oob_score=False, random_state=0,
verbose=0, warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0,
class_weight=None, criterion='gini',
max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0,
min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0,
n_estimators=8, n_jobs=None,
oob_score=False, random_state=0,
verbose=0, warm_start=False))],
verbose=False)
Pipeline(memory=None,
steps=[('preprocessor',
StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)),
('classifier',
RandomForestClassifier(bootstrap=True, ccp_alpha=0.0,
class_weight=None, criterion='gini',
max_depth=None, max_features='auto',
max_leaf_nodes=None, max_samples=None,
min_impurity_decrease=0.0,
min_impurity_split=None,
min_samples_leaf=1, min_samples_split=2,
min_weight_fraction_leaf=0.0,
n_estimators=8, n_jobs=None,
oob_score=False, random_state=0,
verbose=0, warm_start=False))],
verbose=False)
get_all_stats(y_golden,score_list_gold,
'Logistic Regression LOO-CV-%s with Golden Standard' % loocv_number,
key = 'LogisticRegression')
Model Summary for Logistic Regression LOO-CV-8 with Golden Standard
Time Taken for Logistic Regression LOO-CV-8 with Golden Standard: 0.17 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.20 0.25 0.22 4
1 0.00 0.00 0.00 4
accuracy 0.12 8
macro avg 0.10 0.12 0.11 8
weighted avg 0.10 0.12 0.11 8
Accuracy of Model: 12.50%
Weighted F1-Score of Model: 0.1111
Weighted AUC-Score of Model: 0.1250
Confusion matrix
[[1 3]
[4 0]]
get_all_stats(y_golden,score_list_gold,
'RandomForestClassifier LOO-CV-%s with Golden Standard' % loocv_number,
key = 'RandomForestClassifier')
Model Summary for RandomForestClassifier LOO-CV-8 with Golden Standard
Time Taken for RandomForestClassifier LOO-CV-8 with Golden Standard: 0.32 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.50 0.75 0.60 4
1 0.50 0.25 0.33 4
accuracy 0.50 8
macro avg 0.50 0.50 0.47 8
weighted avg 0.50 0.50 0.47 8
Accuracy of Model: 50.00%
Weighted F1-Score of Model: 0.4667
Weighted AUC-Score of Model: 0.5000
Confusion matrix
[[3 1]
[3 1]]
There is a lot of usefulness in using pipelines and functions. We basically condensed our code into some simple lines! We will be following this type of workflow later. The above Pipeline and Neural Network will be saved in functions.
# To illustrate, I can perform all Machine Learning Algorithms done
# and more in the previous cells in one line
# intiialize xgboost & svm as additional classifiers
param_dist = {'objective':'binary:logistic', 'n_estimators':4}
boost = XGBClassifier(**param_dist)
svc = SVC()
classifiers = [lr,rfc,boost,svc]
scores_list_golden = all_ml(X_golden,y_golden,classifiers)
LogisticRegression begin LogisticRegression completed in 0.1 seconds RandomForestClassifier begin RandomForestClassifier completed in 0.25 seconds XGBClassifier begin XGBClassifier completed in 0.28 seconds SVC begin SVC completed in 0.1 seconds TRAIN: [1 2 3 4 5 6 7] TEST: [0] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [0 2 3 4 5 6 7] TEST: [1] TRAIN: [0 1 3 4 5 6 7] TEST: [2] TRAIN: [0 1 2 4 5 6 7] TEST: [3] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [0 1 2 3 5 6 7] TEST: [4] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [0 1 2 3 4 6 7] TEST: [5] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [0 1 2 3 4 5 7] TEST: [6] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [0 1 2 3 4 5 6] TEST: [7]
get_all_stats(y_golden,scores_list_golden,
'Logistic Regression LOO-CV-%s with Golden Standard Data' % loocv_number, 'LogisticRegression')
get_all_stats(y_golden,scores_list_golden,
'RandomForestClassifier LOO-CV-%s with Golden Standard Data' % loocv_number, 'RandomForestClassifier')
get_all_stats(y_golden,scores_list_golden,
'XGBClassifier LOO-CV-%s with Golden Standard Data' % loocv_number, 'XGBClassifier')
get_all_stats(y_golden,scores_list_golden,
'SVC LOO-CV-%s with Golden Standard Data' % loocv_number, 'SVC')
get_all_stats(y_golden,scores_list_golden,
'Neural Network LOO-CV-%s with Golden Standard Data' % loocv_number, 'NeuralNetwork')
Model Summary for Logistic Regression LOO-CV-8 with Golden Standard Data
Time Taken for Logistic Regression LOO-CV-8 with Golden Standard Data: 0.1 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.20 0.25 0.22 4
1 0.00 0.00 0.00 4
accuracy 0.12 8
macro avg 0.10 0.12 0.11 8
weighted avg 0.10 0.12 0.11 8
Accuracy of Model: 12.50%
Weighted F1-Score of Model: 0.1111
Weighted AUC-Score of Model: 0.1250
Confusion matrix
[[1 3]
[4 0]]
Model Summary for RandomForestClassifier LOO-CV-8 with Golden Standard Data
Time Taken for RandomForestClassifier LOO-CV-8 with Golden Standard Data: 0.25 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.50 0.75 0.60 4
1 0.50 0.25 0.33 4
accuracy 0.50 8
macro avg 0.50 0.50 0.47 8
weighted avg 0.50 0.50 0.47 8
Accuracy of Model: 50.00%
Weighted F1-Score of Model: 0.4667
Weighted AUC-Score of Model: 0.5000
Confusion matrix
[[3 1]
[3 1]]
Model Summary for XGBClassifier LOO-CV-8 with Golden Standard Data
Time Taken for XGBClassifier LOO-CV-8 with Golden Standard Data: 0.28 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.00 0.00 0.00 4.0
1 0.00 0.00 0.00 4.0
accuracy 0.00 8.0
macro avg 0.00 0.00 0.00 8.0
weighted avg 0.00 0.00 0.00 8.0
Accuracy of Model: 0.00%
Weighted F1-Score of Model: 0.0000
Weighted AUC-Score of Model: 0.0000
Confusion matrix
[[0 4]
[4 0]]
Model Summary for SVC LOO-CV-8 with Golden Standard Data
Time Taken for SVC LOO-CV-8 with Golden Standard Data: 0.1 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.00 0.00 0.00 4.0
1 0.00 0.00 0.00 4.0
accuracy 0.00 8.0
macro avg 0.00 0.00 0.00 8.0
weighted avg 0.00 0.00 0.00 8.0
Accuracy of Model: 0.00%
Weighted F1-Score of Model: 0.0000
Weighted AUC-Score of Model: 0.0000
Confusion matrix
[[0 4]
[4 0]]
Model Summary for Neural Network LOO-CV-8 with Golden Standard Data
Time Taken for Neural Network LOO-CV-8 with Golden Standard Data: 19.21 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.50 0.50 0.50 4
1 0.50 0.50 0.50 4
accuracy 0.50 8
macro avg 0.50 0.50 0.50 8
weighted avg 0.50 0.50 0.50 8
Accuracy of Model: 50.00%
Weighted F1-Score of Model: 0.5000
Weighted AUC-Score of Model: 0.5000
Confusion matrix
[[2 2]
[2 2]]
As mentioned above we will be using HEOM as a distance metric between points. This will be used in conjunction with SK-Learn Impute. We will be using an altered version of Distython17 I tweaked since the original code was meant for the NearestNeighbors algorithm and not as a distance metric for SK-Learn Impute.
# Lets create a copy dataframe specific to this imputation
new_df = df.copy(deep = True)
# Lets go ahead and look at the missing values percentage
new_miss = pd.DataFrame(new_df.isnull().sum().sort_values(ascending = False)/len(df)*100,
columns = ['Percent Missing'])
new_miss
| Percent Missing | |
|---|---|
| Oxygen Saturation (%) | 48.484848 |
| Ferritin (ng/mL) | 48.484848 |
| Iron (mcg/dL) | 47.878788 |
| Packs of cigarettes per year | 32.121212 |
| Esophageal Varices | 31.515152 |
| ... | ... |
| Class | 0.000000 |
| Cirrhosis | 0.000000 |
| Age at diagnosis | 0.000000 |
| Performance Status | 0.000000 |
| Gender | 0.000000 |
50 rows × 1 columns
df.columns
Index(['Gender', 'Symptoms', 'Alcohol', 'Hepatitis B Surface Antigen',
'Hepatitis B e Antigen', 'Hepatitis B Core Antibody',
'Hepatitis C Virus Antibody', 'Cirrhosis', 'Endemic Countries',
'Smoking', 'Diabetes', 'Obesity', 'Hemochromatosis',
'Arterial Hypertension', 'Chronic Renal Insufficiency',
'Human Immunodeficiency Virus', 'Nonalcoholic Steatohepatitis',
'Esophageal Varices', 'Splenomegaly', 'Portal Hypertension',
'Portal Vein Thrombosis', 'Liver Metastasis', 'Radiological Hallmark',
'Age at diagnosis', 'Grams of Alcohol per day',
'Packs of cigarettes per year', 'Performance Status',
'Encefalopathy degree', 'Ascites degree',
'International Normalised Ratio', 'Alpha-Fetoprotein (ng/mL)',
'Hemoglobin (g/dL)', 'Mean Corpuscular Volume (fl)', 'Leukocytes (G/L)',
'Platelets (G/L)', 'Albumin (mg/dL)', 'Total Bilirubin(mg/dL)',
'Alanine transaminase (U/L)', 'Aspartate transaminase (U/L)',
'Gamma glutamyl transferase (U/L)', 'Alkaline phosphatase (U/L)',
'Total Proteins (g/dL)', 'Creatinine (mg/dL)s', 'Number of Nodules',
'Major dimension of nodule (cm)', 'Direct Bilirubin (mg/dL)',
'Iron (mcg/dL)', 'Oxygen Saturation (%)', 'Ferritin (ng/mL)', 'Class'],
dtype='object')
# We will do HEOM imputation here
# Hold categorical variables based on ordinal, nominal, integer
cat_ix = [num for num in range (24)]
cat_ix.extend([26,27,28,43])
# Make into an array for computational reasons
cat_ix = np.array(cat_ix)
# Initialize what the unknown values are
nan = np.nan
# Initialize heom_metric
heom_metric = HEOM(new_df.drop('Class', axis = 1) , cat_ix, nan_equivalents = nan)
# Initializer imputer
impute = KNNImputer(missing_values = nan, n_neighbors = 5, metric = heom_metric.heom)
# Impute data
imputed_data = impute.fit_transform(new_df.drop('Class', axis = 1))
# Hold the imputed scores
# Columns are the original columns except the target columns: class
heom_imputed_df = pd.concat(
[pd.DataFrame(imputed_data, columns = new_df.drop('Class', axis = 1).columns) , new_df['Class']] , axis = 1)
X_heom = heom_imputed_df.drop('Class', axis = 1)
y_heom = heom_imputed_df['Class']
# Since KNN Imputes missing values based on the mean of neighbors, it has turned categorical data
# into floating points. We will deal with this by rounding the categorical variables into
# the nearest integers
cat_col_labels = ['Gender', 'Symptoms', 'Alcohol', 'Hepatitis B Surface Antigen',
'Hepatitis B e Antigen', 'Hepatitis B Core Antibody',
'Hepatitis C Virus Antibody', 'Cirrhosis', 'Endemic Countries',
'Smoking', 'Diabetes', 'Obesity', 'Hemochromatosis',
'Arterial Hypertension', 'Chronic Renal Insufficiency',
'Human Immunodeficiency Virus', 'Nonalcoholic Steatohepatitis',
'Esophageal Varices', 'Splenomegaly', 'Portal Hypertension',
'Portal Vein Thrombosis', 'Liver Metastasis', 'Radiological Hallmark',
'Performance Status','Encefalopathy degree', 'Ascites degree', 'Number of Nodules']
# Loop through every columns and use the np.round function
# to turn floating points into the nearest integer
for col in cat_col_labels:
X_heom[col] = np.round(X_heom[col])
# get the number of splits
loocv_number = loocv.get_n_splits(X_heom,y_heom)
# Get All Scores
score_list_heom = all_ml(X_heom,y_heom,classifiers)
LogisticRegression begin LogisticRegression completed in 3.24 seconds RandomForestClassifier begin RandomForestClassifier completed in 5.44 seconds XGBClassifier begin XGBClassifier completed in 5.17 seconds SVC begin SVC completed in 1.86 seconds TRAIN: [ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164] TEST: [0] TRAIN: [ 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164] TEST: [1] TRAIN: [ 0 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164] TEST: [2] Epoch 00039: early stopping TRAIN: [ 0 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164] TEST: [3] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [ 0 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164] TEST: [4] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164] TEST: [5] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 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'XGBClassifier LOO-CV-%s with 5-NN Imputation' % loocv_number, 'XGBClassifier')
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'SVC LOO-CV-%s with 5-NN Imputation' % loocv_number, 'SVC')
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'Neural Network LOO-CV-%s with 5-NN Imputation' % loocv_number, 'NeuralNetwork')
Model Summary for Logistic Regression LOO-CV-165 with 5-NN Imputation
Time Taken for Logistic Regression LOO-CV-165 with 5-NN Imputation: 3.24 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
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accuracy 0.74 165
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weighted avg 0.74 0.74 0.74 165
Accuracy of Model: 73.94%
Weighted F1-Score of Model: 0.7390
Weighted AUC-Score of Model: 0.7225
Confusion matrix
[[41 22]
[21 81]]
Model Summary for RandomForestClassifier LOO-CV-165 with 5-NN Imputation
Time Taken for RandomForestClassifier LOO-CV-165 with 5-NN Imputation: 5.44 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.55 0.57 0.56 63
1 0.73 0.72 0.72 102
accuracy 0.66 165
macro avg 0.64 0.64 0.64 165
weighted avg 0.66 0.66 0.66 165
Accuracy of Model: 66.06%
Weighted F1-Score of Model: 0.6616
Weighted AUC-Score of Model: 0.6436
Confusion matrix
[[36 27]
[29 73]]
Model Summary for XGBClassifier LOO-CV-165 with 5-NN Imputation
Time Taken for XGBClassifier LOO-CV-165 with 5-NN Imputation: 5.17 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.61 0.52 0.56 63
1 0.73 0.79 0.76 102
accuracy 0.69 165
macro avg 0.67 0.66 0.66 165
weighted avg 0.68 0.69 0.69 165
Accuracy of Model: 69.09%
Weighted F1-Score of Model: 0.6856
Weighted AUC-Score of Model: 0.6590
Confusion matrix
[[33 30]
[21 81]]
Model Summary for SVC LOO-CV-165 with 5-NN Imputation
Time Taken for SVC LOO-CV-165 with 5-NN Imputation: 1.86 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.60 0.54 0.57 63
1 0.73 0.77 0.75 102
accuracy 0.68 165
macro avg 0.66 0.66 0.66 165
weighted avg 0.68 0.68 0.68 165
Accuracy of Model: 68.48%
Weighted F1-Score of Model: 0.6815
Weighted AUC-Score of Model: 0.6571
Confusion matrix
[[34 29]
[23 79]]
Model Summary for Neural Network LOO-CV-165 with 5-NN Imputation
Time Taken for Neural Network LOO-CV-165 with 5-NN Imputation: 574.77 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.67 0.59 0.63 63
1 0.76 0.82 0.79 102
accuracy 0.73 165
macro avg 0.72 0.71 0.71 165
weighted avg 0.73 0.73 0.73 165
Accuracy of Model: 73.33%
Weighted F1-Score of Model: 0.7293
Weighted AUC-Score of Model: 0.7054
Confusion matrix
[[37 26]
[18 84]]
Synthetic Minority Oversampling Technique is a technique applied to imbalanced machine learning problems to make increase the number of instances in the minority class. This is explained more in the introduction. Here, we will implement SMOTE with our current dataset.
# New data, oversampling will be based on the imputed dataset
heom_imputed_df.head()
X_heom = heom_imputed_df.drop('Class', axis = 1)
y_heom = heom_imputed_df['Class']
| Gender | Symptoms | Alcohol | Hepatitis B Surface Antigen | Hepatitis B e Antigen | Hepatitis B Core Antibody | Hepatitis C Virus Antibody | Cirrhosis | Endemic Countries | Smoking | Diabetes | Obesity | Hemochromatosis | Arterial Hypertension | Chronic Renal Insufficiency | Human Immunodeficiency Virus | Nonalcoholic Steatohepatitis | Esophageal Varices | Splenomegaly | Portal Hypertension | Portal Vein Thrombosis | Liver Metastasis | Radiological Hallmark | Age at diagnosis | Grams of Alcohol per day | Packs of cigarettes per year | Performance Status | Encefalopathy degree | Ascites degree | International Normalised Ratio | Alpha-Fetoprotein (ng/mL) | Hemoglobin (g/dL) | Mean Corpuscular Volume (fl) | Leukocytes (G/L) | Platelets (G/L) | Albumin (mg/dL) | Total Bilirubin(mg/dL) | Alanine transaminase (U/L) | Aspartate transaminase (U/L) | Gamma glutamyl transferase (U/L) | Alkaline phosphatase (U/L) | Total Proteins (g/dL) | Creatinine (mg/dL)s | Number of Nodules | Major dimension of nodule (cm) | Direct Bilirubin (mg/dL) | Iron (mcg/dL) | Oxygen Saturation (%) | Ferritin (ng/mL) | Class | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.2 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 67.0 | 137.0 | 15.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 1.530 | 95.00 | 13.70 | 106.60 | 4.90 | 99.000 | 3.400 | 2.10 | 34.0 | 41.0 | 183.0 | 150.0 | 7.10 | 0.700 | 1.0 | 3.5 | 0.50 | 85.02 | 27.8 | 272.98 | 1 |
| 1 | 0.0 | 0.2 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 0.4 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 62.0 | 0.0 | 3.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 1.252 | 219.82 | 13.54 | 91.94 | 5.18 | 67600.342 | 3.864 | 1.66 | 80.2 | 75.2 | 147.8 | 142.0 | 7.46 | 0.768 | 1.0 | 1.8 | 0.65 | 71.70 | 27.0 | 335.80 | 1 |
| 2 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 78.0 | 50.0 | 50.0 | 2.0 | 1.0 | 2.0 | 0.960 | 5.80 | 8.90 | 79.80 | 8.40 | 472.000 | 3.300 | 0.40 | 58.0 | 68.0 | 202.0 | 109.0 | 7.00 | 2.100 | 5.0 | 13.0 | 0.10 | 28.00 | 6.0 | 16.00 | 1 |
| 3 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 77.0 | 40.0 | 30.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.950 | 2440.00 | 13.40 | 97.10 | 9.00 | 279.000 | 3.700 | 0.40 | 16.0 | 64.0 | 94.0 | 174.0 | 8.10 | 1.110 | 2.0 | 15.7 | 0.20 | 74.50 | 36.6 | 620.60 | 0 |
| 4 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 76.0 | 100.0 | 30.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.940 | 49.00 | 14.30 | 95.10 | 6.40 | 199.000 | 4.100 | 0.70 | 147.0 | 306.0 | 173.0 | 109.0 | 6.90 | 1.800 | 1.0 | 9.0 | 0.45 | 59.00 | 15.0 | 22.00 | 1 |
# Lets actually graph out what our distribution looks like before we Oversample
# Countplot
plt.figure(1)
ax = sns.countplot(x = 'Class', data = heom_imputed_df)
x = 'Class'
# Calculate number of obs per group & median to position labels
medians = df[x].value_counts()
medians = medians/2
nobs = df[x].value_counts(sort=False)
nobs = [str(x) for x in nobs.tolist()]
nobs = ["N:" + i for i in nobs]
plt.xlabel('')
plt.title('Class Distribution' + '\n' + '(0: Died || 1: Survived)')
# Add it to the plot
pos = range(len(nobs))
for tick, label in zip(pos, ax.get_xticklabels()):
plt.text(pos[tick], medians[tick] + 0.1, nobs[tick],
horizontalalignment='center', size='x-small', color='w', weight='semibold')
# Scatter plot
from collections import Counter
counter = Counter(y_heom)
print(counter)
plt.figure(2)
for label, _ in counter.items():
row_ix = np.where(y_heom == label)[0]
if label == 0:
condition = 'Died'
if label == 1:
condition = 'Survived'
# I chose two features with a spread to graph my data
plt.scatter(X_heom.loc[row_ix, 'Age at diagnosis'], X_heom.loc[row_ix, 'Hemoglobin (g/dL)'],
label=condition)
plt.legend(bbox_to_anchor = (1.3,0.55))
plt.title('Scatterplot Class Distribution')
plt.tick_params(axis='both', which='both', bottom=False, top=False, labelbottom=False, right=False, left=False, labelleft=False)
plt.savefig('Scatterplot Class Distribution.png', dpi = 150, bbox_inches='tight')
plt.show()
<Figure size 900x600 with 0 Axes>
Text(0.5, 0, '')
Text(0.5, 1.0, 'Class Distribution\n(0: Died || 1: Survived)')
Text(0, 31.6, 'N:63')
Text(1, 51.1, 'N:102')
Counter({1: 102, 0: 63})
<Figure size 900x600 with 0 Axes>
<matplotlib.collections.PathCollection at 0x21125459788>
<matplotlib.collections.PathCollection at 0x2111c0e1248>
<matplotlib.legend.Legend at 0x21126d0bac8>
Text(0.5, 1.0, 'Scatterplot Class Distribution')
To deal with imbalanced datasets we will be using the imbalanced-learn library
# Initialize the oversample
smote_ = SMOTE(random_state = 0)
# Oversample the data
X_heom_smote, y_heom_smote = smote_.fit_resample(X_heom, y_heom)
heom_imputed_smote_df = pd.concat([X_heom_smote,y_heom_smote] ,axis = 1)
# Initialize the dictionaries that will hold our scores for every classifier
pred_dict = {}
time_dict = {}
# Now lets visualize our data after the oversample
# Countplot
plt.figure(1)
ax = sns.countplot(x = 'Class', data = heom_imputed_smote_df)
x = 'Class'
# Calculate number of obs per group & median to position labels
medians = heom_imputed_smote_df[x].value_counts()
medians = medians/2
nobs = heom_imputed_smote_df[x].value_counts(sort=False)
nobs = [str(x) for x in nobs.tolist()]
nobs = ["N:" + i for i in nobs]
plt.xlabel('')
plt.title('Class Distribution' + '\n' + '(0: Died || 1: Survived)')
# Add it to the plot
pos = range(len(nobs))
for tick, label in zip(pos, ax.get_xticklabels()):
plt.text(pos[tick], medians[tick] + 0.1, nobs[tick],
horizontalalignment='center', size='x-small', color='w', weight='semibold')
# Scatter plot
from collections import Counter
counter = Counter(y_heom_smote)
print(counter)
plt.figure(2)
for label, _ in counter.items():
row_ix = np.where(y_heom_smote == label)[0]
if label == 0:
condition = 'Died'
if label == 1:
condition = 'Survived'
# I chose two features with a spread to graph my data
plt.scatter(X_heom_smote.loc[row_ix, 'Age at diagnosis'], X_heom_smote.loc[row_ix, 'Hemoglobin (g/dL)'],
label=condition)
plt.legend(bbox_to_anchor = (1.3,0.55))
plt.title('Scatterplot Class Distribution with SMOTE')
plt.tick_params(axis='both', which='both', bottom=False, top=False, labelbottom=False, right=False, left=False, labelleft=False)
plt.savefig('Scatterplot Class Distribution with SMOTE.png', bbox_inches='tight')
plt.show()
<Figure size 900x600 with 0 Axes>
Text(0.5, 0, '')
Text(0.5, 1.0, 'Class Distribution\n(0: Died || 1: Survived)')
Text(0, 51.1, 'N:102')
Text(1, 51.1, 'N:102')
Counter({1: 102, 0: 102})
<Figure size 900x600 with 0 Axes>
<matplotlib.collections.PathCollection at 0x2111c63d548>
<matplotlib.collections.PathCollection at 0x211254c62c8>
<matplotlib.legend.Legend at 0x2111a8d4508>
Text(0.5, 1.0, 'Scatterplot Class Distribution with SMOTE')
# get the number of splits
loocv_number = loocv.get_n_splits(X_heom_smote,y_heom_smote)
# Get All Scores
score_list_heom_smote = all_ml(X_heom_smote,y_heom_smote,classifiers)
LogisticRegression begin LogisticRegression completed in 5.41 seconds RandomForestClassifier begin RandomForestClassifier completed in 7.44 seconds XGBClassifier begin XGBClassifier completed in 6.5 seconds SVC begin SVC completed in 2.8 seconds TRAIN: [ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203] TEST: [0] TRAIN: [ 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 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167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 200 201 202 203] TEST: [199] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 201 202 203] TEST: [200] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 202 203] TEST: [201] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 203] TEST: [202] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202] TEST: [203]
get_all_stats(y_heom_smote,score_list_heom_smote,
'Logistic Regression LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & SMOTE' % loocv_number, 'LogisticRegression')
get_all_stats(y_heom_smote,score_list_heom_smote,
'RandomForestClassifier LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & SMOTE' % loocv_number, 'RandomForestClassifier')
get_all_stats(y_heom_smote,score_list_heom_smote,
'XGBClassifier LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & SMOTE' % loocv_number, 'XGBClassifier')
get_all_stats(y_heom_smote,score_list_heom_smote,
'SVC LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & SMOTE' % loocv_number, 'SVC')
get_all_stats(y_heom_smote,score_list_heom_smote,
'Neural Network LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & SMOTE' % loocv_number, 'NeuralNetwork')
Model Summary for Logistic Regression LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTE
Time Taken for Logistic Regression LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTE: 5.41 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.79 0.81 0.80 102
1 0.81 0.78 0.80 102
accuracy 0.80 204
macro avg 0.80 0.80 0.80 204
weighted avg 0.80 0.80 0.80 204
Accuracy of Model: 79.90%
Weighted F1-Score of Model: 0.7990
Weighted AUC-Score of Model: 0.7990
Confusion matrix
[[83 19]
[22 80]]
Model Summary for RandomForestClassifier LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTE
Time Taken for RandomForestClassifier LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTE: 7.44 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.74 0.85 0.79 102
1 0.83 0.71 0.76 102
accuracy 0.78 204
macro avg 0.79 0.78 0.78 204
weighted avg 0.79 0.78 0.78 204
Accuracy of Model: 77.94%
Weighted F1-Score of Model: 0.7782
Weighted AUC-Score of Model: 0.7794
Confusion matrix
[[87 15]
[30 72]]
Model Summary for XGBClassifier LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTE
Time Taken for XGBClassifier LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTE: 6.5 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.74 0.79 0.77 102
1 0.78 0.73 0.75 102
accuracy 0.76 204
macro avg 0.76 0.76 0.76 204
weighted avg 0.76 0.76 0.76 204
Accuracy of Model: 75.98%
Weighted F1-Score of Model: 0.7595
Weighted AUC-Score of Model: 0.7598
Confusion matrix
[[81 21]
[28 74]]
Model Summary for SVC LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTE
Time Taken for SVC LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTE: 2.8 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.79 0.87 0.83 102
1 0.86 0.76 0.81 102
accuracy 0.82 204
macro avg 0.82 0.82 0.82 204
weighted avg 0.82 0.82 0.82 204
Accuracy of Model: 81.86%
Weighted F1-Score of Model: 0.8181
Weighted AUC-Score of Model: 0.8186
Confusion matrix
[[89 13]
[24 78]]
Model Summary for Neural Network LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTE
Time Taken for Neural Network LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTE: 538.94 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.76 0.79 0.78 102
1 0.78 0.75 0.76 102
accuracy 0.77 204
macro avg 0.77 0.77 0.77 204
weighted avg 0.77 0.77 0.77 204
Accuracy of Model: 76.96%
Weighted F1-Score of Model: 0.7695
Weighted AUC-Score of Model: 0.7696
Confusion matrix
[[81 21]
[26 76]]
The original paper on SMOTE suggested combining SMOTE with random undersampling of the majority class. Since we already have a small dataset, we will just perform Random Under Sampling of the majority class and compare our results.
# Grab the data that we will be working with
heom_imputed_df.head()
X_heom = heom_imputed_df.drop('Class', axis = 1)
y_heom = heom_imputed_df['Class']
| Gender | Symptoms | Alcohol | Hepatitis B Surface Antigen | Hepatitis B e Antigen | Hepatitis B Core Antibody | Hepatitis C Virus Antibody | Cirrhosis | Endemic Countries | Smoking | Diabetes | Obesity | Hemochromatosis | Arterial Hypertension | Chronic Renal Insufficiency | Human Immunodeficiency Virus | Nonalcoholic Steatohepatitis | Esophageal Varices | Splenomegaly | Portal Hypertension | Portal Vein Thrombosis | Liver Metastasis | Radiological Hallmark | Age at diagnosis | Grams of Alcohol per day | Packs of cigarettes per year | Performance Status | Encefalopathy degree | Ascites degree | International Normalised Ratio | Alpha-Fetoprotein (ng/mL) | Hemoglobin (g/dL) | Mean Corpuscular Volume (fl) | Leukocytes (G/L) | Platelets (G/L) | Albumin (mg/dL) | Total Bilirubin(mg/dL) | Alanine transaminase (U/L) | Aspartate transaminase (U/L) | Gamma glutamyl transferase (U/L) | Alkaline phosphatase (U/L) | Total Proteins (g/dL) | Creatinine (mg/dL)s | Number of Nodules | Major dimension of nodule (cm) | Direct Bilirubin (mg/dL) | Iron (mcg/dL) | Oxygen Saturation (%) | Ferritin (ng/mL) | Class | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.2 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 67.0 | 137.0 | 15.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 1.530 | 95.00 | 13.70 | 106.60 | 4.90 | 99.000 | 3.400 | 2.10 | 34.0 | 41.0 | 183.0 | 150.0 | 7.10 | 0.700 | 1.0 | 3.5 | 0.50 | 85.02 | 27.8 | 272.98 | 1 |
| 1 | 0.0 | 0.2 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 0.4 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 62.0 | 0.0 | 3.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 1.252 | 219.82 | 13.54 | 91.94 | 5.18 | 67600.342 | 3.864 | 1.66 | 80.2 | 75.2 | 147.8 | 142.0 | 7.46 | 0.768 | 1.0 | 1.8 | 0.65 | 71.70 | 27.0 | 335.80 | 1 |
| 2 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 78.0 | 50.0 | 50.0 | 2.0 | 1.0 | 2.0 | 0.960 | 5.80 | 8.90 | 79.80 | 8.40 | 472.000 | 3.300 | 0.40 | 58.0 | 68.0 | 202.0 | 109.0 | 7.00 | 2.100 | 5.0 | 13.0 | 0.10 | 28.00 | 6.0 | 16.00 | 1 |
| 3 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 77.0 | 40.0 | 30.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.950 | 2440.00 | 13.40 | 97.10 | 9.00 | 279.000 | 3.700 | 0.40 | 16.0 | 64.0 | 94.0 | 174.0 | 8.10 | 1.110 | 2.0 | 15.7 | 0.20 | 74.50 | 36.6 | 620.60 | 0 |
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under = RandomUnderSampler(sampling_strategy=0.8, random_state = 0)
# Oversample the data
X_heom_under, y_heom_under = under.fit_resample(X_heom, y_heom)
heom_imputed_under_df = pd.concat([X_heom_under,y_heom_under] ,axis = 1)
heom_imputed_under_df.info()
<class 'pandas.core.frame.DataFrame'> RangeIndex: 141 entries, 0 to 140 Data columns (total 50 columns): # Column Non-Null Count Dtype --- ------ -------------- ----- 0 Gender 141 non-null float64 1 Symptoms 141 non-null float64 2 Alcohol 141 non-null float64 3 Hepatitis B Surface Antigen 141 non-null float64 4 Hepatitis B e Antigen 141 non-null float64 5 Hepatitis B Core Antibody 141 non-null float64 6 Hepatitis C Virus Antibody 141 non-null float64 7 Cirrhosis 141 non-null float64 8 Endemic Countries 141 non-null float64 9 Smoking 141 non-null float64 10 Diabetes 141 non-null float64 11 Obesity 141 non-null float64 12 Hemochromatosis 141 non-null float64 13 Arterial Hypertension 141 non-null float64 14 Chronic Renal Insufficiency 141 non-null float64 15 Human Immunodeficiency Virus 141 non-null float64 16 Nonalcoholic Steatohepatitis 141 non-null float64 17 Esophageal Varices 141 non-null float64 18 Splenomegaly 141 non-null float64 19 Portal Hypertension 141 non-null float64 20 Portal Vein Thrombosis 141 non-null float64 21 Liver Metastasis 141 non-null float64 22 Radiological Hallmark 141 non-null float64 23 Age at diagnosis 141 non-null float64 24 Grams of Alcohol per day 141 non-null float64 25 Packs of cigarettes per year 141 non-null float64 26 Performance Status 141 non-null float64 27 Encefalopathy degree 141 non-null float64 28 Ascites degree 141 non-null float64 29 International Normalised Ratio 141 non-null float64 30 Alpha-Fetoprotein (ng/mL) 141 non-null float64 31 Hemoglobin (g/dL) 141 non-null float64 32 Mean Corpuscular Volume (fl) 141 non-null float64 33 Leukocytes (G/L) 141 non-null float64 34 Platelets (G/L) 141 non-null float64 35 Albumin (mg/dL) 141 non-null float64 36 Total Bilirubin(mg/dL) 141 non-null float64 37 Alanine transaminase (U/L) 141 non-null float64 38 Aspartate transaminase (U/L) 141 non-null float64 39 Gamma glutamyl transferase (U/L) 141 non-null float64 40 Alkaline phosphatase (U/L) 141 non-null float64 41 Total Proteins (g/dL) 141 non-null float64 42 Creatinine (mg/dL)s 141 non-null float64 43 Number of Nodules 141 non-null float64 44 Major dimension of nodule (cm) 141 non-null float64 45 Direct Bilirubin (mg/dL) 141 non-null float64 46 Iron (mcg/dL) 141 non-null float64 47 Oxygen Saturation (%) 141 non-null float64 48 Ferritin (ng/mL) 141 non-null float64 49 Class 141 non-null int64 dtypes: float64(49), int64(1) memory usage: 55.2 KB
# get the number of splits
loocv_number = loocv.get_n_splits(X_heom_under, y_heom_under)
# Get All Scores
score_list_heom_under = all_ml(X_heom_under, y_heom_under,classifiers)
LogisticRegression begin LogisticRegression completed in 1.85 seconds RandomForestClassifier begin RandomForestClassifier completed in 2.26 seconds XGBClassifier begin XGBClassifier completed in 2.71 seconds SVC begin SVC completed in 0.66 seconds TRAIN: [ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140] TEST: [0] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [ 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 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109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 136 137 138 139 140] TEST: [135] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 137 138 139 140] TEST: [136] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 138 139 140] TEST: [137] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 139 140] TEST: [138] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 140] TEST: [139] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139] TEST: [140]
get_all_stats(y_heom_under,score_list_heom_under,
'Logistic Regression LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & Undersampling' % loocv_number, 'LogisticRegression')
get_all_stats(y_heom_under,score_list_heom_under,
'RandomForestClassifier LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & Undersampling' % loocv_number, 'RandomForestClassifier')
get_all_stats(y_heom_under,score_list_heom_under,
'XGBClassifier LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & Undersampling' % loocv_number, 'XGBClassifier')
get_all_stats(y_heom_under,score_list_heom_under,
'SVC LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & Undersampling' % loocv_number, 'SVC')
get_all_stats(y_heom_under,score_list_heom_under,
'Neural Network LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & Undersampling' % loocv_number, 'NeuralNetwork')
Model Summary for Logistic Regression LOO-CV-141 with 5-NN Imputation & Undersampling
Time Taken for Logistic Regression LOO-CV-141 with 5-NN Imputation & Undersampling: 1.85 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.70 0.71 0.71 63
1 0.77 0.76 0.76 78
accuracy 0.74 141
macro avg 0.73 0.74 0.73 141
weighted avg 0.74 0.74 0.74 141
Accuracy of Model: 73.76%
Weighted F1-Score of Model: 0.7378
Weighted AUC-Score of Model: 0.7353
Confusion matrix
[[45 18]
[19 59]]
Model Summary for RandomForestClassifier LOO-CV-141 with 5-NN Imputation & Undersampling
Time Taken for RandomForestClassifier LOO-CV-141 with 5-NN Imputation & Undersampling: 2.26 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.70 0.73 0.71 63
1 0.77 0.74 0.76 78
accuracy 0.74 141
macro avg 0.74 0.74 0.74 141
weighted avg 0.74 0.74 0.74 141
Accuracy of Model: 73.76%
Weighted F1-Score of Model: 0.7381
Weighted AUC-Score of Model: 0.7369
Confusion matrix
[[46 17]
[20 58]]
Model Summary for XGBClassifier LOO-CV-141 with 5-NN Imputation & Undersampling
Time Taken for XGBClassifier LOO-CV-141 with 5-NN Imputation & Undersampling: 2.71 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.70 0.62 0.66 63
1 0.72 0.78 0.75 78
accuracy 0.71 141
macro avg 0.71 0.70 0.70 141
weighted avg 0.71 0.71 0.71 141
Accuracy of Model: 70.92%
Weighted F1-Score of Model: 0.7069
Weighted AUC-Score of Model: 0.7005
Confusion matrix
[[39 24]
[17 61]]
Model Summary for SVC LOO-CV-141 with 5-NN Imputation & Undersampling
Time Taken for SVC LOO-CV-141 with 5-NN Imputation & Undersampling: 0.66 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.69 0.79 0.74 63
1 0.81 0.72 0.76 78
accuracy 0.75 141
macro avg 0.75 0.76 0.75 141
weighted avg 0.76 0.75 0.75 141
Accuracy of Model: 75.18%
Weighted F1-Score of Model: 0.7524
Weighted AUC-Score of Model: 0.7558
Confusion matrix
[[50 13]
[22 56]]
Model Summary for Neural Network LOO-CV-141 with 5-NN Imputation & Undersampling
Time Taken for Neural Network LOO-CV-141 with 5-NN Imputation & Undersampling: 206.77 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.69 0.57 0.63 63
1 0.70 0.79 0.74 78
accuracy 0.70 141
macro avg 0.69 0.68 0.68 141
weighted avg 0.69 0.70 0.69 141
Accuracy of Model: 69.50%
Weighted F1-Score of Model: 0.6905
Weighted AUC-Score of Model: 0.6832
Confusion matrix
[[36 27]
[16 62]]
Via documentation from Imbalanced Learn SMOTENC deals with categorical variables better. Let us test that theory
# Initialize the oversample
smote_nc = SMOTENC(categorical_features=cat_ix, random_state=0)
# Oversample the data
X_heom_smote_nc, y_heom_smote_nc = smote_nc.fit_resample(X_heom, y_heom)
heom_imputed_smote_df_nc = pd.concat([X_heom_smote_nc,y_heom_smote_nc] ,axis = 1)
# get the number of splits
loocv_number = loocv.get_n_splits(X_heom_smote_nc,y_heom_smote_nc)
# Get All Scores
score_list_heom_smote_nc = all_ml(X_heom_smote_nc,y_heom_smote_nc,classifiers)
LogisticRegression begin LogisticRegression completed in 3.49 seconds RandomForestClassifier begin RandomForestClassifier completed in 3.78 seconds XGBClassifier begin XGBClassifier completed in 4.6 seconds SVC begin SVC completed in 1.44 seconds TRAIN: [ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203] TEST: [0] TRAIN: [ 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 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96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 199 200 201 202 203] TEST: [198] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 200 201 202 203] TEST: [199] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 201 202 203] TEST: [200] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 202 203] TEST: [201] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 203] TEST: [202] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202] TEST: [203]
get_all_stats(y_heom_smote_nc,score_list_heom_smote_nc,
'Logistic Regression LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & SMOTENC' % loocv_number, 'LogisticRegression')
get_all_stats(y_heom_smote_nc,score_list_heom_smote_nc,
'RandomForestClassifier LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & SMOTENC' % loocv_number, 'RandomForestClassifier')
get_all_stats(y_heom_smote_nc,score_list_heom_smote_nc,
'XGBClassifier LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & SMOTENC' % loocv_number, 'XGBClassifier')
get_all_stats(y_heom_smote_nc,score_list_heom_smote_nc,
'SVC LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & SMOTENC' % loocv_number, 'SVC')
get_all_stats(y_heom_smote_nc,score_list_heom_smote_nc,
'Neural Network LOO-CV-%s with 5-NN Imputation HEOM & SMOTENC' % loocv_number, 'NeuralNetwork')
Model Summary for Logistic Regression LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTENC
Time Taken for Logistic Regression LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTENC: 3.49 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.74 0.76 0.75 102
1 0.76 0.74 0.75 102
accuracy 0.75 204
macro avg 0.75 0.75 0.75 204
weighted avg 0.75 0.75 0.75 204
Accuracy of Model: 75.00%
Weighted F1-Score of Model: 0.7499
Weighted AUC-Score of Model: 0.7500
Confusion matrix
[[78 24]
[27 75]]
Model Summary for RandomForestClassifier LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTENC
Time Taken for RandomForestClassifier LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTENC: 3.78 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.69 0.85 0.76 102
1 0.81 0.61 0.69 102
accuracy 0.73 204
macro avg 0.75 0.73 0.73 204
weighted avg 0.75 0.73 0.73 204
Accuracy of Model: 73.04%
Weighted F1-Score of Model: 0.7263
Weighted AUC-Score of Model: 0.7304
Confusion matrix
[[87 15]
[40 62]]
Model Summary for XGBClassifier LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTENC
Time Taken for XGBClassifier LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTENC: 4.6 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.82 0.81 0.82 102
1 0.82 0.82 0.82 102
accuracy 0.82 204
macro avg 0.82 0.82 0.82 204
weighted avg 0.82 0.82 0.82 204
Accuracy of Model: 81.86%
Weighted F1-Score of Model: 0.8186
Weighted AUC-Score of Model: 0.8186
Confusion matrix
[[83 19]
[18 84]]
Model Summary for SVC LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTENC
Time Taken for SVC LOO-CV-204 with 5-NN Imputation & SMOTENC: 1.44 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.76 0.87 0.81 102
1 0.85 0.73 0.78 102
accuracy 0.80 204
macro avg 0.81 0.80 0.80 204
weighted avg 0.81 0.80 0.80 204
Accuracy of Model: 79.90%
Weighted F1-Score of Model: 0.7979
Weighted AUC-Score of Model: 0.7990
Confusion matrix
[[89 13]
[28 74]]
Model Summary for Neural Network LOO-CV-204 with 5-NN Imputation HEOM & SMOTENC
Time Taken for Neural Network LOO-CV-204 with 5-NN Imputation HEOM & SMOTENC: 385.08 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.74 0.74 0.74 102
1 0.74 0.74 0.74 102
accuracy 0.74 204
macro avg 0.74 0.74 0.74 204
weighted avg 0.74 0.74 0.74 204
Accuracy of Model: 73.53%
Weighted F1-Score of Model: 0.7353
Weighted AUC-Score of Model: 0.7353
Confusion matrix
[[75 27]
[27 75]]
In this section we will cluster our data following the same guidelines as this paper introduced above.
Lets talk about the steps that we have done so far in regards to re-creating the paper
Now we will try to cluster our data and oversample and then create a representative dataset of that.
Luckily, imbalanced learn has a function that performs both Clustering then SMOTE
# Initialize the oversample
kms = KMeansSMOTE(random_state=0, k_neighbors = 3, kmeans_estimator = 10)
# Oversample the data
X_heom_kms, y_heom_kms = kms.fit_resample(X_heom, y_heom)
heom_imputed_kms_df = pd.concat([X_heom_kms,y_heom_kms] ,axis = 1)
# Initialize the dictionaries that will hold our scores for every classifier
pred_dict = {}
time_dict = {}
# Lets look at our distribution with KMeansSmote
counter = Counter(y_heom_kms)
print(counter)
plt.figure()
for label, _ in counter.items():
row_ix = np.where(y_heom_kms == label)[0]
if label == 0:
condition = 'Died'
if label == 1:
condition = 'Survived'
# I chose two features with a spread to graph my data
plt.scatter(X_heom_kms.loc[row_ix, 'Age at diagnosis'], X_heom_kms.loc[row_ix, 'Hemoglobin (g/dL)'],
label=condition)
plt.legend(bbox_to_anchor = (1.3,0.55))
plt.title('Scatterplot Class Distribution with K-Means SMOTE')
plt.tick_params(axis='both', which='both', bottom=False, top=False, labelbottom=False, right=False, left=False, labelleft=False)
plt.savefig('Scatterplot Class Distribution with K-Means SMOTE.png', bbox_inches='tight')
plt.show()
Counter({0: 103, 1: 102})
<Figure size 900x600 with 0 Axes>
<matplotlib.collections.PathCollection at 0x21138000808>
<matplotlib.collections.PathCollection at 0x21151c31a08>
<matplotlib.legend.Legend at 0x2112a441808>
Text(0.5, 1.0, 'Scatterplot Class Distribution with K-Means SMOTE')
# get the number of splits
loocv_number = loocv.get_n_splits(X_heom_kms,y_heom_kms)
# Get All Scores
score_list_heom_kms = all_ml(X_heom_kms,y_heom_kms,classifiers)
LogisticRegression begin LogisticRegression completed in 2.67 seconds RandomForestClassifier begin RandomForestClassifier completed in 3.37 seconds XGBClassifier begin XGBClassifier completed in 4.91 seconds SVC begin SVC completed in 2.75 seconds TRAIN: [ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204] TEST: [0] TRAIN: [ 0 2 3 4 5 6 7 8 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get_all_stats(y_heom_kms,score_list_heom_kms,
'Logistic Regression LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE' % loocv_number, 'LogisticRegression')
get_all_stats(y_heom_kms,score_list_heom_kms,
'RandomForestClassifier LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE' % loocv_number, 'RandomForestClassifier')
get_all_stats(y_heom_kms,score_list_heom_kms,
'XGBClassifier LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE' % loocv_number, 'XGBClassifier')
get_all_stats(y_heom_kms,score_list_heom_kms,
'SVC LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE' % loocv_number, 'SVC')
get_all_stats(y_heom_kms,score_list_heom_kms,
'Neural Network LOO-CV-%s with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE' % loocv_number, 'NeuralNetwork')
Model Summary for Logistic Regression LOO-CV-205 with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE
Time Taken for Logistic Regression LOO-CV-205 with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE: 2.67 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.79 0.80 0.79 103
1 0.79 0.78 0.79 102
accuracy 0.79 205
macro avg 0.79 0.79 0.79 205
weighted avg 0.79 0.79 0.79 205
Accuracy of Model: 79.02%
Weighted F1-Score of Model: 0.7902
Weighted AUC-Score of Model: 0.7902
Confusion matrix
[[82 21]
[22 80]]
Model Summary for RandomForestClassifier LOO-CV-205 with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE
Time Taken for RandomForestClassifier LOO-CV-205 with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE: 3.37 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.70 0.79 0.74 103
1 0.76 0.67 0.71 102
accuracy 0.73 205
macro avg 0.73 0.73 0.73 205
weighted avg 0.73 0.73 0.73 205
Accuracy of Model: 72.68%
Weighted F1-Score of Model: 0.7258
Weighted AUC-Score of Model: 0.7265
Confusion matrix
[[81 22]
[34 68]]
Model Summary for XGBClassifier LOO-CV-205 with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE
Time Taken for XGBClassifier LOO-CV-205 with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE: 4.91 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.75 0.74 0.74 103
1 0.74 0.75 0.74 102
accuracy 0.74 205
macro avg 0.74 0.74 0.74 205
weighted avg 0.74 0.74 0.74 205
Accuracy of Model: 74.15%
Weighted F1-Score of Model: 0.7415
Weighted AUC-Score of Model: 0.7415
Confusion matrix
[[76 27]
[26 76]]
Model Summary for SVC LOO-CV-205 with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE
Time Taken for SVC LOO-CV-205 with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE: 2.75 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.77 0.77 0.77 103
1 0.77 0.77 0.77 102
accuracy 0.77 205
macro avg 0.77 0.77 0.77 205
weighted avg 0.77 0.77 0.77 205
Accuracy of Model: 77.07%
Weighted F1-Score of Model: 0.7707
Weighted AUC-Score of Model: 0.7708
Confusion matrix
[[79 24]
[23 79]]
Model Summary for Neural Network LOO-CV-205 with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE
Time Taken for Neural Network LOO-CV-205 with 5-NN Imputation & KMeans SMOTE: 440.1 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.83 0.81 0.82 103
1 0.81 0.83 0.82 102
accuracy 0.82 205
macro avg 0.82 0.82 0.82 205
weighted avg 0.82 0.82 0.82 205
Accuracy of Model: 81.95%
Weighted F1-Score of Model: 0.8195
Weighted AUC-Score of Model: 0.8196
Confusion matrix
[[83 20]
[17 85]]
# Mean for continuous variables : 'mean'
# Mode for categorical : 'mode'
imp_strategy = {
# nominal
'Gender': 'mode',
'Symptoms': 'mode',
'Alcohol': 'mode',
'Hepatitis B Surface Antigen': 'mode',
'Hepatitis B e Antigen': 'mode',
'Hepatitis B Core Antibody': 'mode',
'Hepatitis C Virus Antibody': 'mode',
'Cirrhosis': 'mode',
'Endemic Countries': 'mode',
'Smoking': 'mode',
'Diabetes': 'mode',
'Obesity': 'mode',
'Hemochromatosis': 'mode',
'Arterial Hypertension': 'mode',
'Chronic Renal Insufficiency': 'mode',
'Human Immunodeficiency Virus': 'mode',
'Nonalcoholic Steatohepatitis': 'mode',
'Esophageal Varices': 'mode',
'Splenomegaly': 'mode',
'Portal Hypertension': 'mode',
'Portal Vein Thrombosis': 'mode',
'Liver Metastasis': 'mode',
'Radiological Hallmark': 'mode',
# integer
'Age at diagnosis': 'mean',
# continuous
'Grams of Alcohol per day': 'mean',
'Packs of cigarettes per year': 'mean',
# ordinal
'Performance Status' : 'mode',
'Encefalopathy degree': 'mode',
'Ascites degree': 'mode',
# continuous
'International Normalised Ratio': 'mean',
'Alpha-Fetoprotein (ng/mL)': 'mean',
'Hemoglobin (g/dL)': 'mean',
'Mean Corpuscular Volume (fl)': 'mean',
'Leukocytes (G/L)': 'mean',
'Platelets (G/L)': 'mean',
'Albumin (mg/dL)': 'mean',
'Total Bilirubin(mg/dL)': 'mean',
'Alanine transaminase (U/L)': 'mean',
'Aspartate transaminase (U/L)': 'mean',
'Gamma glutamyl transferase (U/L)': 'mean',
'Alkaline phosphatase (U/L)': 'mean',
'Total Proteins (g/dL)': 'mean',
'Creatinine (mg/dL)s': 'mean',
# integer
'Number of Nodules': 'mode',
# continuous
'Major dimension of nodule (cm)': 'mean',
'Direct Bilirubin (mg/dL)': 'mean',
'Iron (mcg/dL)': 'mean',
'Oxygen Saturation (%)': 'mean',
'Ferritin (ng/mL)': 'mean'}
imp = MultipleImputer(
n = 1,
strategy = imp_strategy,
seed = 0,
return_list = True
)
impute = imp.fit_transform(new_df)
mean_mode_df = pd.DataFrame(impute[0][1])
mean_mode_df.head(5)
mean_mode_df.info()
| Gender | Symptoms | Alcohol | Hepatitis B Surface Antigen | Hepatitis B e Antigen | Hepatitis B Core Antibody | Hepatitis C Virus Antibody | Cirrhosis | Endemic Countries | Smoking | Diabetes | Obesity | Hemochromatosis | Arterial Hypertension | Chronic Renal Insufficiency | Human Immunodeficiency Virus | Nonalcoholic Steatohepatitis | Esophageal Varices | Splenomegaly | Portal Hypertension | Portal Vein Thrombosis | Liver Metastasis | Radiological Hallmark | Age at diagnosis | Grams of Alcohol per day | Packs of cigarettes per year | Performance Status | Encefalopathy degree | Ascites degree | International Normalised Ratio | Alpha-Fetoprotein (ng/mL) | Hemoglobin (g/dL) | Mean Corpuscular Volume (fl) | Leukocytes (G/L) | Platelets (G/L) | Albumin (mg/dL) | Total Bilirubin(mg/dL) | Alanine transaminase (U/L) | Aspartate transaminase (U/L) | Gamma glutamyl transferase (U/L) | Alkaline phosphatase (U/L) | Total Proteins (g/dL) | Creatinine (mg/dL)s | Number of Nodules | Major dimension of nodule (cm) | Direct Bilirubin (mg/dL) | Iron (mcg/dL) | Oxygen Saturation (%) | Ferritin (ng/mL) | Class | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | 0.0 | 1 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 67 | 137.0 | 15.000000 | 0 | 1.0 | 1.0 | 1.530000 | 95.000000 | 13.700000 | 106.600000 | 4.900000 | 99.000000 | 3.400000 | 2.100000 | 34.000000 | 41.000000 | 183.000000 | 150.000000 | 7.100000 | 0.700000 | 1.0 | 3.5 | 0.50 | 85.598837 | 37.028941 | 438.997647 | 1 |
| 1 | 0 | 1.0 | 0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 1 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 62 | 0.0 | 20.464286 | 0 | 1.0 | 1.0 | 1.421851 | 19299.951146 | 12.879012 | 95.119753 | 1473.961549 | 113206.442654 | 3.445535 | 3.087938 | 67.093168 | 96.382716 | 268.026543 | 212.211605 | 8.961039 | 1.127089 | 1.0 | 1.8 | 1.93 | 85.598837 | 37.028941 | 438.997647 | 1 |
| 2 | 1 | 0.0 | 1 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 78 | 50.0 | 50.000000 | 2 | 1.0 | 2.0 | 0.960000 | 5.800000 | 8.900000 | 79.800000 | 8.400000 | 472.000000 | 3.300000 | 0.400000 | 58.000000 | 68.000000 | 202.000000 | 109.000000 | 7.000000 | 2.100000 | 5.0 | 13.0 | 0.10 | 28.000000 | 6.000000 | 16.000000 | 1 |
| 3 | 1 | 1.0 | 1 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 77 | 40.0 | 30.000000 | 0 | 1.0 | 1.0 | 0.950000 | 2440.000000 | 13.400000 | 97.100000 | 9.000000 | 279.000000 | 3.700000 | 0.400000 | 16.000000 | 64.000000 | 94.000000 | 174.000000 | 8.100000 | 1.110000 | 2.0 | 15.7 | 0.20 | 85.598837 | 37.028941 | 438.997647 | 0 |
| 4 | 1 | 1.0 | 1 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 1 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 76 | 100.0 | 30.000000 | 0 | 1.0 | 1.0 | 0.940000 | 49.000000 | 14.300000 | 95.100000 | 6.400000 | 199.000000 | 4.100000 | 0.700000 | 147.000000 | 306.000000 | 173.000000 | 109.000000 | 6.900000 | 1.800000 | 1.0 | 9.0 | 1.93 | 59.000000 | 15.000000 | 22.000000 | 1 |
<class 'pandas.core.frame.DataFrame'> RangeIndex: 165 entries, 0 to 164 Data columns (total 50 columns): # Column Non-Null Count Dtype --- ------ -------------- ----- 0 Gender 165 non-null int64 1 Symptoms 165 non-null float64 2 Alcohol 165 non-null int64 3 Hepatitis B Surface Antigen 165 non-null float64 4 Hepatitis B e Antigen 165 non-null float64 5 Hepatitis B Core Antibody 165 non-null float64 6 Hepatitis C Virus Antibody 165 non-null float64 7 Cirrhosis 165 non-null int64 8 Endemic Countries 165 non-null float64 9 Smoking 165 non-null float64 10 Diabetes 165 non-null float64 11 Obesity 165 non-null float64 12 Hemochromatosis 165 non-null float64 13 Arterial Hypertension 165 non-null float64 14 Chronic Renal Insufficiency 165 non-null float64 15 Human Immunodeficiency Virus 165 non-null float64 16 Nonalcoholic Steatohepatitis 165 non-null float64 17 Esophageal Varices 165 non-null float64 18 Splenomegaly 165 non-null float64 19 Portal Hypertension 165 non-null float64 20 Portal Vein Thrombosis 165 non-null float64 21 Liver Metastasis 165 non-null float64 22 Radiological Hallmark 165 non-null float64 23 Age at diagnosis 165 non-null int64 24 Grams of Alcohol per day 165 non-null float64 25 Packs of cigarettes per year 165 non-null float64 26 Performance Status 165 non-null int64 27 Encefalopathy degree 165 non-null float64 28 Ascites degree 165 non-null float64 29 International Normalised Ratio 165 non-null float64 30 Alpha-Fetoprotein (ng/mL) 165 non-null float64 31 Hemoglobin (g/dL) 165 non-null float64 32 Mean Corpuscular Volume (fl) 165 non-null float64 33 Leukocytes (G/L) 165 non-null float64 34 Platelets (G/L) 165 non-null float64 35 Albumin (mg/dL) 165 non-null float64 36 Total Bilirubin(mg/dL) 165 non-null float64 37 Alanine transaminase (U/L) 165 non-null float64 38 Aspartate transaminase (U/L) 165 non-null float64 39 Gamma glutamyl transferase (U/L) 165 non-null float64 40 Alkaline phosphatase (U/L) 165 non-null float64 41 Total Proteins (g/dL) 165 non-null float64 42 Creatinine (mg/dL)s 165 non-null float64 43 Number of Nodules 165 non-null float64 44 Major dimension of nodule (cm) 165 non-null float64 45 Direct Bilirubin (mg/dL) 165 non-null float64 46 Iron (mcg/dL) 165 non-null float64 47 Oxygen Saturation (%) 165 non-null float64 48 Ferritin (ng/mL) 165 non-null float64 49 Class 165 non-null int64 dtypes: float64(44), int64(6) memory usage: 64.6 KB
# Initialize X & y for algorithms
X_mean_mode = mean_mode_df.drop('Class',axis = 1)
y_mean_mode = mean_mode_df['Class']
# get the number of splits
loocv_number = loocv.get_n_splits(X_mean_mode,y_mean_mode)
# Get All Scores
score_list_mean_mode = all_ml(X_mean_mode,y_mean_mode,classifiers)
LogisticRegression begin LogisticRegression completed in 1.65 seconds RandomForestClassifier begin RandomForestClassifier completed in 2.83 seconds XGBClassifier begin XGBClassifier completed in 4.41 seconds SVC begin SVC completed in 1.44 seconds TRAIN: [ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164] TEST: [0] TRAIN: [ 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164] TEST: [1] Epoch 00027: early stopping TRAIN: [ 0 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164] TEST: [2] Epoch 00031: early 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116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 162 163 164] TEST: [161] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 163 164] TEST: [162] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 164] TEST: [163] Epoch 00016: early stopping TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163] TEST: [164]
get_all_stats(y_mean_mode,score_list_mean_mode,
'Logistic Regression LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation' % loocv_number, 'LogisticRegression')
get_all_stats(y_mean_mode,score_list_mean_mode,
'RandomForestClassifier LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation' % loocv_number, 'RandomForestClassifier')
get_all_stats(y_mean_mode,score_list_mean_mode,
'XGBClassifier LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation' % loocv_number, 'XGBClassifier')
get_all_stats(y_mean_mode,score_list_mean_mode,
'SVC LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation' % loocv_number, 'SVC')
get_all_stats(y_mean_mode,score_list_mean_mode,
'Neural Network LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation' % loocv_number, 'NeuralNetwork')
Model Summary for Logistic Regression LOO-CV-165 with Mean_Mode Imputation
Time Taken for Logistic Regression LOO-CV-165 with Mean_Mode Imputation: 1.65 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.66 0.65 0.66 63
1 0.79 0.79 0.79 102
accuracy 0.74 165
macro avg 0.72 0.72 0.72 165
weighted avg 0.74 0.74 0.74 165
Accuracy of Model: 73.94%
Weighted F1-Score of Model: 0.7390
Weighted AUC-Score of Model: 0.7225
Confusion matrix
[[41 22]
[21 81]]
Model Summary for RandomForestClassifier LOO-CV-165 with Mean_Mode Imputation
Time Taken for RandomForestClassifier LOO-CV-165 with Mean_Mode Imputation: 2.83 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.55 0.56 0.55 63
1 0.72 0.72 0.72 102
accuracy 0.65 165
macro avg 0.63 0.64 0.64 165
weighted avg 0.66 0.65 0.66 165
Accuracy of Model: 65.45%
Weighted F1-Score of Model: 0.6551
Weighted AUC-Score of Model: 0.6356
Confusion matrix
[[35 28]
[29 73]]
Model Summary for XGBClassifier LOO-CV-165 with Mean_Mode Imputation
Time Taken for XGBClassifier LOO-CV-165 with Mean_Mode Imputation: 4.41 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.62 0.52 0.57 63
1 0.73 0.80 0.77 102
accuracy 0.70 165
macro avg 0.68 0.66 0.67 165
weighted avg 0.69 0.70 0.69 165
Accuracy of Model: 69.70%
Weighted F1-Score of Model: 0.6910
Weighted AUC-Score of Model: 0.6639
Confusion matrix
[[33 30]
[20 82]]
Model Summary for SVC LOO-CV-165 with Mean_Mode Imputation
Time Taken for SVC LOO-CV-165 with Mean_Mode Imputation: 1.44 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.60 0.52 0.56 63
1 0.73 0.78 0.75 102
accuracy 0.68 165
macro avg 0.66 0.65 0.66 165
weighted avg 0.68 0.68 0.68 165
Accuracy of Model: 68.48%
Weighted F1-Score of Model: 0.6801
Weighted AUC-Score of Model: 0.6541
Confusion matrix
[[33 30]
[22 80]]
Model Summary for Neural Network LOO-CV-165 with Mean_Mode Imputation
Time Taken for Neural Network LOO-CV-165 with Mean_Mode Imputation: 305.21 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.65 0.51 0.57 63
1 0.73 0.83 0.78 102
accuracy 0.71 165
macro avg 0.69 0.67 0.68 165
weighted avg 0.70 0.71 0.70 165
Accuracy of Model: 70.91%
Weighted F1-Score of Model: 0.7003
Weighted AUC-Score of Model: 0.6706
Confusion matrix
[[32 31]
[17 85]]
# Initialize the oversample
smote_ = SMOTE(random_state = 0)
# Oversample the data
X_mean_mode_smote, y_mean_mode_smote = smote_.fit_resample(X_mean_mode, y_mean_mode)
heom_imputed_mean_mode_df = pd.concat([X_mean_mode_smote,y_mean_mode_smote] ,axis = 1)
# get the number of splits
loocv_number = loocv.get_n_splits(X_mean_mode_smote, y_mean_mode_smote)
# Get All Scores
score_list_mean_mode_smote = all_ml(X_mean_mode_smote, y_mean_mode_smote,classifiers)
LogisticRegression begin LogisticRegression completed in 3.84 seconds RandomForestClassifier begin RandomForestClassifier completed in 4.25 seconds XGBClassifier begin XGBClassifier completed in 5.99 seconds SVC begin SVC completed in 1.79 seconds TRAIN: [ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203] TEST: [0] TRAIN: [ 0 2 3 4 5 6 7 8 9 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89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 199 200 201 202 203] TEST: [198] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 200 201 202 203] TEST: [199] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 201 202 203] TEST: [200] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 202 203] TEST: [201] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 203] TEST: [202] TRAIN: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202] TEST: [203]
get_all_stats(y_mean_mode_smote,score_list_mean_mode_smote,
'Logistic Regression LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation & SMOTE' % loocv_number, 'LogisticRegression')
get_all_stats(y_mean_mode_smote,score_list_mean_mode_smote,
'RandomForestClassifier LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation & SMOTE' % loocv_number, 'RandomForestClassifier')
get_all_stats(y_mean_mode_smote,score_list_mean_mode_smote,
'XGBClassifier LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation & SMOTE ' % loocv_number, 'XGBClassifier')
get_all_stats(y_mean_mode_smote,score_list_mean_mode_smote,
'SVC LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation & SMOTE' % loocv_number, 'SVC')
get_all_stats(y_mean_mode_smote,score_list_mean_mode_smote,
'Neural Network LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation & SMOTE' % loocv_number, 'NeuralNetwork')
Model Summary for Logistic Regression LOO-CV-204 with Mean_Mode Imputation & SMOTE
Time Taken for Logistic Regression LOO-CV-204 with Mean_Mode Imputation & SMOTE: 3.84 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.79 0.79 0.79 102
1 0.79 0.79 0.79 102
accuracy 0.79 204
macro avg 0.79 0.79 0.79 204
weighted avg 0.79 0.79 0.79 204
Accuracy of Model: 79.41%
Weighted F1-Score of Model: 0.7941
Weighted AUC-Score of Model: 0.7941
Confusion matrix
[[81 21]
[21 81]]
Model Summary for RandomForestClassifier LOO-CV-204 with Mean_Mode Imputation & SMOTE
Time Taken for RandomForestClassifier LOO-CV-204 with Mean_Mode Imputation & SMOTE: 4.25 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.70 0.84 0.76 102
1 0.80 0.64 0.71 102
accuracy 0.74 204
macro avg 0.75 0.74 0.74 204
weighted avg 0.75 0.74 0.74 204
Accuracy of Model: 74.02%
Weighted F1-Score of Model: 0.7374
Weighted AUC-Score of Model: 0.7402
Confusion matrix
[[86 16]
[37 65]]
Model Summary for XGBClassifier LOO-CV-204 with Mean_Mode Imputation & SMOTE
Time Taken for XGBClassifier LOO-CV-204 with Mean_Mode Imputation & SMOTE : 5.99 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.83 0.78 0.81 102
1 0.80 0.84 0.82 102
accuracy 0.81 204
macro avg 0.81 0.81 0.81 204
weighted avg 0.81 0.81 0.81 204
Accuracy of Model: 81.37%
Weighted F1-Score of Model: 0.8136
Weighted AUC-Score of Model: 0.8137
Confusion matrix
[[80 22]
[16 86]]
Model Summary for SVC LOO-CV-204 with Mean_Mode Imputation & SMOTE
Time Taken for SVC LOO-CV-204 with Mean_Mode Imputation & SMOTE: 1.79 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.77 0.84 0.81 102
1 0.83 0.75 0.79 102
accuracy 0.80 204
macro avg 0.80 0.80 0.80 204
weighted avg 0.80 0.80 0.80 204
Accuracy of Model: 79.90%
Weighted F1-Score of Model: 0.7986
Weighted AUC-Score of Model: 0.7990
Confusion matrix
[[86 16]
[25 77]]
Model Summary for Neural Network LOO-CV-204 with Mean_Mode Imputation & SMOTE
Time Taken for Neural Network LOO-CV-204 with Mean_Mode Imputation & SMOTE: 385.11 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.76 0.77 0.77 102
1 0.77 0.75 0.76 102
accuracy 0.76 204
macro avg 0.76 0.76 0.76 204
weighted avg 0.76 0.76 0.76 204
Accuracy of Model: 76.47%
Weighted F1-Score of Model: 0.7647
Weighted AUC-Score of Model: 0.7647
Confusion matrix
[[79 23]
[25 77]]
# Initialize the oversample
kms = KMeansSMOTE(random_state=0, k_neighbors = 3, kmeans_estimator = 10)
# Oversample the data
X_mean_mode_kms, y_mean_mode_kms = kms.fit_resample(X_mean_mode, y_mean_mode)
heom_imputed_kms_df = pd.concat([X_mean_mode_kms,y_mean_mode_kms] ,axis = 1)
# get the number of splits
loocv_number = loocv.get_n_splits(X_mean_mode_kms, y_mean_mode_kms)
# Get All Scores
score_list_mean_mode_kms = all_ml(X_mean_mode_kms, y_mean_mode_kms,classifiers)
LogisticRegression begin LogisticRegression completed in 2.65 seconds RandomForestClassifier begin RandomForestClassifier completed in 3.07 seconds XGBClassifier begin XGBClassifier completed in 5.01 seconds SVC begin SVC completed in 1.42 seconds TRAIN: [ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204] TEST: [0] TRAIN: [ 0 2 3 4 5 6 7 8 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get_all_stats(y_mean_mode_kms,score_list_mean_mode_kms,
'Logistic Regression LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation & SMOTE' % loocv_number, 'LogisticRegression')
get_all_stats(y_mean_mode_kms,score_list_mean_mode_kms,
'RandomForestClassifier LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation & SMOTE' % loocv_number, 'RandomForestClassifier')
get_all_stats(y_mean_mode_kms,score_list_mean_mode_kms,
'XGBClassifier LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation & SMOTE ' % loocv_number, 'XGBClassifier')
get_all_stats(y_mean_mode_kms,score_list_mean_mode_kms,
'SVC LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation & SMOTE' % loocv_number, 'SVC')
get_all_stats(y_mean_mode_kms,score_list_mean_mode_kms,
'Neural Network LOO-CV-%s with Mean_Mode Imputation & SMOTE' % loocv_number, 'NeuralNetwork')
Model Summary for Logistic Regression LOO-CV-205 with Mean_Mode Imputation & SMOTE
Time Taken for Logistic Regression LOO-CV-205 with Mean_Mode Imputation & SMOTE: 2.65 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.79 0.79 0.79 103
1 0.78 0.78 0.78 102
accuracy 0.79 205
macro avg 0.79 0.79 0.79 205
weighted avg 0.79 0.79 0.79 205
Accuracy of Model: 78.54%
Weighted F1-Score of Model: 0.7854
Weighted AUC-Score of Model: 0.7854
Confusion matrix
[[81 22]
[22 80]]
Model Summary for RandomForestClassifier LOO-CV-205 with Mean_Mode Imputation & SMOTE
Time Taken for RandomForestClassifier LOO-CV-205 with Mean_Mode Imputation & SMOTE: 3.07 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.74 0.81 0.77 103
1 0.78 0.72 0.75 102
accuracy 0.76 205
macro avg 0.76 0.76 0.76 205
weighted avg 0.76 0.76 0.76 205
Accuracy of Model: 76.10%
Weighted F1-Score of Model: 0.7605
Weighted AUC-Score of Model: 0.7608
Confusion matrix
[[83 20]
[29 73]]
Model Summary for XGBClassifier LOO-CV-205 with Mean_Mode Imputation & SMOTE
Time Taken for XGBClassifier LOO-CV-205 with Mean_Mode Imputation & SMOTE : 5.01 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.76 0.74 0.75 103
1 0.74 0.76 0.75 102
accuracy 0.75 205
macro avg 0.75 0.75 0.75 205
weighted avg 0.75 0.75 0.75 205
Accuracy of Model: 75.12%
Weighted F1-Score of Model: 0.7512
Weighted AUC-Score of Model: 0.7513
Confusion matrix
[[76 27]
[24 78]]
Model Summary for SVC LOO-CV-205 with Mean_Mode Imputation & SMOTE
Time Taken for SVC LOO-CV-205 with Mean_Mode Imputation & SMOTE: 1.42 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.79 0.76 0.77 103
1 0.76 0.79 0.78 102
accuracy 0.78 205
macro avg 0.78 0.78 0.78 205
weighted avg 0.78 0.78 0.78 205
Accuracy of Model: 77.56%
Weighted F1-Score of Model: 0.7755
Weighted AUC-Score of Model: 0.7757
Confusion matrix
[[78 25]
[21 81]]
Model Summary for Neural Network LOO-CV-205 with Mean_Mode Imputation & SMOTE
Time Taken for Neural Network LOO-CV-205 with Mean_Mode Imputation & SMOTE: 401.62 seconds
The classification report is as stated below :
precision recall f1-score support
0 0.74 0.73 0.74 103
1 0.73 0.75 0.74 102
accuracy 0.74 205
macro avg 0.74 0.74 0.74 205
weighted avg 0.74 0.74 0.74 205
Accuracy of Model: 73.66%
Weighted F1-Score of Model: 0.7366
Weighted AUC-Score of Model: 0.7366
Confusion matrix
[[75 28]
[26 76]]
Below we will show tables indicating model performance for each machine learning algorithm and imputation method
1
2
3
4
5
In this Notebook we built upon the methodology of previous literature predicting 1-year survival of patients with HCC. We build upon this work by introducing imputations methods discussed in a Machine Learning with Statistical Imputation, a work published four years after the original paper. While we were not able to completely replicate all the entire paper due to computational limitations, we were able to support claims presented in both papers.
1HCC Survival Data Set
2Miriam Seoane Santos, Pedro Henriques Abreu, Pedro J Garcia-Laencina, Adelia Simao, Armando Carvalho, A new cluster-based oversampling method for improving survival prediction of hepatocellular carcinoma patients, Journal of biomedical informatics, 58, 49-59, 2015
3Machine Learning with Statistical Imputation for Predicting Drug Approvals
4American Cancer Society
5American Cancer Society
6Synthetic Minority Oversampling Technique
7K-Nearest-Neighbors Algorithm
8StatQuest Explaining KNN
9Heterogeneous Euclidean-Overlap Metric
10GAP Statistic
11K-means clustering
12AUC
13F-Measure
14Predicting Drug Approvals: Supplementary Materials Paper
15Linear Digressions
16Sci-Kit Learn
17Distython
18AutoImpute